PDF《嵌入式温度控制系统的硬件设计》

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chuandong.com 山东工业职业学院? 牟爱霞 摘要:介绍了基于ARM的嵌入式温度控制系统主机硬件结构与基于 AVR的嵌入式温度控制系统从机硬件结构,选用8M的FLASH和32M的SDRAM作为系统存储器,扩展以太网接口、串行接口等外围通信设备 以及输入输出接口.从机采用Atmega128系列单片机,完成温度的采集 及向主机发送数据信息.AT91RM9200与Atmega128通过串行口进行通 讯.该嵌入式温度控制系统, 具有系统扩展性强、可靠性高、响应速度 快、体积小等特点. 文章编号:140705 嵌入式温度控制系统的硬件设计 Embedded Hardware Design of Temperature Control System

1 引言 温度的测量和控制在嵌入式工业生产中有广 泛的应用.目前控制方案主要是采用传统的PLC和 单片机进行控制, 满足了用户大多数场合的需要. PLC主要是针对单项工程或者重复数极少的项目, 灵活性相对不足, 并且体积大, 成本相对较高,;

而 单片机主要用于小型设备的控制,尤其是专业电子 设备的控制,具有成本低,功耗低,效率高的特点,但 是也存在程序一次性拷入后无法修改,对外围设备 的控制较低,抗干扰能力差等缺点.本文采用嵌入 式技术为用户提供了一种新型的控制方案.

2 主机的硬件组成 基于ARM的嵌入式温度控制系统主机硬件设 计,系统主机硬件结构主要由以下几部分组成: (1)电源电路:输入5V,经过DC-DC变换 转换为1.8V和3.3V,给系统内各器件提供工作电 压. (2)晶振电路:18.432MHz有源晶振经过倍 频分别为ARM940T核/系统提供180MHz的时钟频 率. (3)微处理器:即AT91RM9200,是系统的 工作和控制中心. (4)存储器:可存放引导程序,嵌入式操作 系统,用户应用程序或其它在系统掉电后需要保 存的数据. 图1 晶振电路 图2 SDRAM存储器系统框图

88 89 kzcd.chuandong.com 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM (5)网络端口:10J100Mbps速率的RJ45接口,为系统提供以太网接入的物理通道. (6)串行接口:用于AT91RM9200系统短距 离双向串行通讯.

3 主机的硬件设计 3.1 电源电路 AT91RM9200需要1.8V和3.3V电源,另外, 大部分外围器件需要3.3V电源,小部分外围器 件还需要5V电源.此处选用了Sipex公司生产 的SPX1117M3-3.3型低压差(LDO)稳压器和 SPX1117M3-1.8型低压差(LDO)稳压器进行 DC-DC变换后为各个器件提供工作电压. 3.2 晶振电路 晶振电路用于向AT91RM9200微处理器提供 时钟,如图1所示.本系统包括两个晶振,无源晶 体振荡器X1(18.432MHz)和X2(32.768KHz) 作为系统的主振荡器和慢时钟振荡器,其中32.768kHz晶振为系统提供慢时钟,18MHz晶振 通过倍频后为系统提供180MHz的主机时钟. 3.3 AT91RM9200处理器 是Atmel公司基于ARM920T核的高性能、低 功耗16/32位RISC微处理器,其最高主频为180 MHz,其双向、32位外部数据总线支持8位、16 位、32位数据宽度,26位地址总线可以对最大64 MB空间寻址.是系统的工作和控制中心. 3.4 存储器 存储器模块包括Flash存储器和SDRAM存储 器两个部分. FLASH存储器用于存放引导程序、嵌入式 操作系统、用户应用程序及重要的数据等,即使 掉电程序和数据都不会丢失.设计中采用Intel公 司生产的28F640J3A,其存储容量为64 Mbit(8 MB),工作电压为2.7 V~3.6 V,采用48引脚 TSOP封装,16位数据宽度. SDRAM存储器是是系统代码的运行场所, 存放系统运行时的程序和数据,但掉电后该部分 程序和数据会丢失.设计中使用2片数据宽度为 16位的SDRAM并行运行作为一个32位数据宽度 的SDRAM模块,如图2所示.使用的SDRAM电路 为Hynix公司的HY57V651620BTC,其工作电压 为3.3 V,单片存储容量为4组*16 Mbit,54引脚 TSOP封装,兼容LVTTL电平接口,支持自动刷新 和自刷新. 3.5 接口电路 (1)网络端口:采用DAVICOM公司的 DM9161作为以太网的物理层接口.通过这个接口 可以控制和配置很多物理层设备,得到状态和错 误信息,并且确定PHY设备的工作方式和功能. (2)串行接口:用于AT91RM9200系统短距 离双向串行通讯.使用的电平转换电路为Sipex公 司双产的SP3232E.本系统包含1个UART接口, 图3 串行接口电路 图5 主机和从机之间的SPI连接 图4 复位逻辑电路图 它是两线调试串口,用来连接到超级终端观察 AT91RM9200的启动,完成与PC的通讯调试.其 原理图如图3所示. (3)以太网接口电路:在本设计中,使用 DAVICOM公司的DM9161作为以太网的物理层接 口,它起编码、译码输入和输出数据的作用.同时DM9161提供了IEEE802.3标准定义的Mil,来控 制物理层和MAC的数据传输.DM9161使用一个 简单的两线制串行接口来通过MII控制物理层并接 收来自物理层的信息,其串行控制接口包括MDC (数据时钟)和MDIO(数据输入输出).Mil串行 管理包括一个数据接口,基本寄存器设置和一个 针对寄存器设置的串行接口.通过这个接口可以 控制和配置很多物理层设备,得到状态和错误信 息,并且确定PHY设备的工作方式和功能. 将DM9161的REF_CLK端接至50MHz晶振 的输出端;