基于arm9的嵌入式工控機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 較嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境情況下，平均使用壽命僅為 2～ 3 年，這通常遠(yuǎn)低于工業(yè)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)壽命，而采用雙列直插（ DIMM） 方式連接的內(nèi)存部件，則不能承受哪怕是比較輕微的振動(dòng)，加之體積與成本因素，限制了 IPC 在諸多工業(yè)控制場(chǎng)合的應(yīng)用。目前，在系統(tǒng)硬件平臺(tái)上，以 ARM 為代表的嵌入式微處理器幾乎覆蓋傳統(tǒng)工業(yè)控制從低端到 高端的全部領(lǐng)域，甚至延伸到桌面和服務(wù)器系統(tǒng)；而嵌入式軟件平臺(tái)的多樣性則契合了不同工業(yè)控制應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)功耗、 運(yùn)行效率、實(shí)時(shí)性、可靠性及系統(tǒng)安全性要求。 因此采用 ARM CortexA8 處理器設(shè)計(jì)嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)工控機(jī)的高性能、低功耗、低成本、小體積的要求。 （四） 通信接口 兩路 百 兆工業(yè)以太網(wǎng)接口； 4 路高速串口； 兩路 接口，一路主機(jī) ，一路從機(jī) 。 三、 設(shè)計(jì)方案論證 （一） 處理器選擇 ARM9 飛思卡爾生產(chǎn)的 ARM 9 處理器有兩個(gè)系列， 系列和 系列。 ARM9 TI 生產(chǎn)的 ARM9 處理器有 6 個(gè)系列： AM1810， AM1808， AM1806， AM1802， AM1707，AM1705。溫度條件（－40℃～ 90℃）、濕度條件（ 5～ 95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵 ） 。 （二）存儲(chǔ)器選擇 系統(tǒng)使用的存儲(chǔ)器是 DDR2 和 NAND Flash， NAND Flash 用于保存系統(tǒng)映像文件及系統(tǒng)配置信息等掉電不可丟失的信息， DDR2 用于程序運(yùn)行及運(yùn)行變量信息掉電可丟失。 考慮到 三星生產(chǎn)的工業(yè)級(jí) DDR2 使用不多，應(yīng)該存在某些潛伏的問題 。 LMZ14202 只需 3 個(gè)外部電阻器和 4 個(gè)外部電容器即可完成電源解決方案。 113322P1PJ200AVIN1Ron2EN3GND4SS5FB6VOUT7U5 LMZ14202C95 C96100uFR23 R21R24C9710nFR22R25C9422nF5V_INDC9V ～ DC30VD11N5819 圖２ ＬＭＺ１４２０２電源設(shè)計(jì)圖 LMZ14202 將輸入電源轉(zhuǎn)換成 5V，但整個(gè)系統(tǒng)需要多個(gè)電壓支持，因此還需一個(gè)電源管理芯片對(duì)輸入 5V 進(jìn)行電壓分配及管理?；虼袛?shù)據(jù)閃存 ， 可編程順序。同時(shí)為了和 PC 或者其它 USB Host 設(shè)備相連，需要 USB Slave。以太網(wǎng)技術(shù)具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之一。 圖７ 以太網(wǎng)流程圖 （ 六 ） 串口設(shè)計(jì) 由于串行 通訊方式具有使用線路少、成本低的特點(diǎn)，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。經(jīng)常使用的串行口有 9 針和 25 針兩種類型，這里只對(duì) 9 針類型的串行口的引腳定義作簡(jiǎn)單介紹： 圖８ 串口功能圖 實(shí)際上兩個(gè)設(shè)備之間通過(guò)三根信號(hào)線（ RXD， TXD， GND）就能實(shí)現(xiàn)串行通訊，其它信號(hào)線則用于實(shí)現(xiàn)一些附加功能和專用功能。 圖９ 串口設(shè)計(jì)圖 （ 七 ） SD 存 儲(chǔ)卡設(shè)計(jì) AM335X 可以支持 MMC 卡， SD 卡以及 Memory Stick 等多種存儲(chǔ)設(shè)備，而 SD 卡的性價(jià)比更高，可以支持最大 64G 的容量，使用也比較方便。如圖所示： 圖１２ 數(shù) 字輸入輸出設(shè)計(jì)圖 五、 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析 按照設(shè)計(jì)要求，選定了器件型號(hào)，設(shè)計(jì)了符合各項(xiàng)要求的基于 CortexA8 的嵌入式工控機(jī)硬件電路，各模塊原理圖放于附錄，最終布局結(jié)果如下圖所示： 13 圖１３ 總體ＰＣＢ設(shè)計(jì)圖 最終設(shè)計(jì)電路包含 SAM9X25 核心 系統(tǒng)、電源輸入接口、兩路 百 兆以太網(wǎng)接口、一路調(diào)試串口、四路高速串口、 USB 高速主機(jī)接口、 大容量 SD 存儲(chǔ)卡以及多路 GPIO、 8 路數(shù)字輸入接口、 并支持寬電壓范圍供電（ DC9V～ DC30V）。 參考文獻(xiàn) ： [1] 牛榮建，基于工控設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)選擇， 2020 年 第 8 期 :93~94,115 [2] 黃慧群、吳景東， DM9000AE 及其在嵌入式以太網(wǎng)中的應(yīng)用，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 2020 年第 11 期： 90~91,93 附錄 各模塊原理圖及 PCB 布局 14 15 16 17 18
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