【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位輸出。復(fù)位后，WDO引腳回復(fù)高電平。拔掉jPS(F部看門(mén)狗控制開(kāi)關(guān))跳線，外部看門(mén)狗將不產(chǎn)生作用，一般用在調(diào)試情況下，正常工作時(shí)接上JP8，使引腳WDO(看門(mén)狗輸出)和MR(手工復(fù)位)相連。3．3功能接口設(shè)計(jì)終端控制器的一個(gè)重要功能是協(xié)議轉(zhuǎn)換，由于不同廠家不同型號(hào)的電梯采用不同接口的電梯控制器，所以現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的接121多樣，如早期控制電梯的PLC使用RS．232或者RS．485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，近年來(lái)出現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的接口如Profibus、CAN，這些不同接口的設(shè)備間無(wú)法統(tǒng)一通信也無(wú)法組成網(wǎng)絡(luò)使得監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。終端控制器需要設(shè)計(jì)這些功能接口，并將不同接口之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)據(jù)，以便監(jiān)控平臺(tái)或者監(jiān)控端采集。本系統(tǒng)中主要是將不同協(xié)議接口設(shè)備采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP／IP協(xié)議發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)。根據(jù)當(dāng)前電梯控制器設(shè)備的主要接口類型及通信接口未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，讓終端控制器具有更好的通用性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了RS．23RS．48Modem、USB四個(gè)功能接口。3．3。1 RS232／RS．485接口設(shè)計(jì)RS一232是一個(gè)基本的通信接口，很多電梯控制器設(shè)備如PLC都采用RS．232接口通信，所以在終端控制器中設(shè)計(jì)RS．232接口是必不可少的。此外，LPC2378的ISP下載也是通過(guò)RS．232接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。LPC2378內(nèi)置四個(gè)UART，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中將UART0和UART2用做普通的RS．232接口，需要數(shù)據(jù)接收RXD、數(shù)據(jù)發(fā)送TXD和地線GND三根線就可以實(shí)現(xiàn)基本通信。由于主控芯片輸出的是3．3V的TTL電平，而RS．232接口采用EIA電平，兩個(gè)電平之間不匹配，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換【14】【611。在本設(shè)計(jì)中選用了通用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232，芯片工作電壓3．3V，可以同時(shí)進(jìn)行兩組端口的電平轉(zhuǎn)換。圖3．3．1為RS．232接口的設(shè)計(jì)電路：本終端控制器串E1支持波特率960039。115200bps，數(shù)據(jù)位5／6／7／8位，停止位1／2位，支持奇偶校驗(yàn)。RS．485是一種常見(jiàn)的串行總線接口，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，是一種支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離和數(shù)據(jù)傳輸可靠性較高的總線標(biāo)準(zhǔn)。RS．485采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)A、B兩路輸出，經(jīng)過(guò)線纜傳輸之后在接收端將差分信號(hào)還原成TTL電平信號(hào)Il卯。本設(shè)計(jì)中采用LPC2378的UART3作為RS．485接口，RS．485收發(fā)器選用SP3485，其工作電壓3．3V，工作方式為半雙工，位速率1Mbps，最多可連接400個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)。RS485接口的電路連接如圖3．3．2所示：圖3．3．2中，DI為SP3485的數(shù)據(jù)輸入引腳，該引腳和LPC2378 UART3的TXD3相連：RO為SP3485的數(shù)據(jù)輸出引腳，該引腳和UART3的RXD3相連。DE為SP3485驅(qū)動(dòng)器控鋁tlgl腳，當(dāng)DE引腳電平為低時(shí)，輸出顯三態(tài)；而當(dāng)DE引腳電平為高時(shí)，驅(qū)動(dòng)器正常工作。RE是SP3485的接收器控制引腳，當(dāng)RE電平為高時(shí)，接收器呈三態(tài)：當(dāng)RE電平為低時(shí)，使能接收器。DE、RE分別和LPC2378的GPIO口相連。通過(guò)DE和RE高低電平的控制，可以避免RS485數(shù)據(jù)總線上產(chǎn)生數(shù)據(jù)沖突。RS．485總線輸出端的485A、485B上分別加5．1 KQ的上拉電阻和下拉電阻，是為了防止出現(xiàn)總線上所有的驅(qū)動(dòng)器都被禁止，接收器可能會(huì)輸出邏輯‘0’的情況?？偩€兩端的差分端口跨接120f2的匹配電阻，可起到抑制噪聲以及防止出現(xiàn)電阻不匹配引起反射的作用。終端控制器RS485接121可支持波特率9600，l 1 5200bps，數(shù)據(jù)位5／6／7／8位，停止位1／2位，支持奇偶校驗(yàn)。3．3．2 USB接口設(shè)計(jì)USB(Universal Serial Bus)是由Intel、Compaq、IBM、Microsoft等七家公司聯(lián)合制定的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，并成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二十世紀(jì)初，USB2．0標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世，USB2．0最高以480Mbps的傳輸速率得到了廣泛關(guān)注，在一定程度上代表了通信接口的發(fā)展趨勢(shì)【USB作為新一代通信接口，具有低成本、即插即用、兼容性好、可靠性高、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的RS．23RS．485接口相比，傳輸速率快很多fi列。雖然日前的電梯控制器上還少有USB接口的設(shè)備，但憑借USB協(xié)議的優(yōu)越性能，不久會(huì)有越來(lái)越多的設(shè)備采用USB接口通信，特別是在需要采集視頻、音頻信號(hào)的電梯控制場(chǎng)合，所以本終端控制器也設(shè)計(jì)了USB接口。本監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻信號(hào)主要通過(guò)USB接口采集、通信。一個(gè)完整的USB系統(tǒng)包括USB主機(jī)和USB設(shè)備，所有的傳輸事務(wù)都是由主機(jī)發(fā)起；USB設(shè)備是能夠通過(guò)USB端口來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的實(shí)體。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的USB接口就屬于USB設(shè)備。本系統(tǒng)CPU支持2個(gè)USB2．0全速(12Mbps)設(shè)備。本設(shè)計(jì)使用了LPC2378的USB控制器1。USB接口的電路連接如圖3．3．3所示：圖3．3．3 USB接口電路圖3，3．3中SP0503BAH是為USB2．0高速端口提供ESD保護(hù)的器件。USB采用差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，兩根數(shù)據(jù)傳輸線USB D．和USB D牛分別與LPC2378的U2 D．和U2 D+相連。如果要在USB系統(tǒng)中添加一個(gè)新的設(shè)備，主機(jī)和待添加的設(shè)備之間需要進(jìn)行一系列復(fù)雜的操作。主機(jī)數(shù)據(jù)線上的兩個(gè)偏置電阻在沒(méi)有設(shè)各接入時(shí)，確保D+和D．為低電平。當(dāng)有設(shè)備插入U(xiǎn)SB電纜時(shí)，該設(shè)備端的電阻使主機(jī)端的D+或D．為高。如果偏置電阻連接到D+，說(shuō)明設(shè)備是全速的(12Mbps)；如果電阻被連接到D．，則表明設(shè)備是低速的(1．5Mbps)，如圖313．4所示：圖3．3．4 USB接口端的設(shè)定本終端控制器設(shè)計(jì)的USB支持USB全速12Mbps，32個(gè)物理端點(diǎn)，支持控制、批量、中斷、同步端點(diǎn)。3．3．3 Modem接口設(shè)計(jì)Modem是Modulator(調(diào)制器)與Demodulator(解調(diào)器)的簡(jiǎn)稱。對(duì)于一般的應(yīng)用而言，Modem一個(gè)最大的用處就是可以連接電話、傳真‘181。在終端控制器設(shè)計(jì)中就使用UARTl技術(shù)來(lái)模擬Modem傳輸，選用SP3238E芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。SP3238E的工作電壓為3．3V，可以同時(shí)進(jìn)行5路輸入、4路輸出的TTL到RS．232電平轉(zhuǎn)換。Modem的接口電路如圖3．3．5所示。C1．7圖3．3．5 Modem接口電路本終端控制器系統(tǒng)的Modem接I：1由于是用LPC2378的UARTl模擬的，所以和串口一樣，支持波特率9600～115200bps，數(shù)據(jù)位5／6／7／8位，停止位1／2位，支持奇偶校驗(yàn)。21刀一4勰藥，一3拍扣挖一馮仃烈一加擂埔3多電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)終端控制器硬件設(shè)計(jì)碩士論文3．4網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)3．4．1設(shè)計(jì)方案終端控制的核心任務(wù)就是將其他接口采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為T(mén)CP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)，所以終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口，并且組成局域網(wǎng)。要將嵌入式設(shè)備組成局域網(wǎng)，需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題，一是嵌入式系統(tǒng)怎么接入以太網(wǎng)，即怎么實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議問(wèn)題；另一個(gè)是怎樣組成局域網(wǎng)的問(wèn)題。3．4．1．1嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)方案設(shè)計(jì)【19‘21】要實(shí)現(xiàn)嵌入式接入以太網(wǎng)，就要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的TCP／IP協(xié)議，對(duì)嵌入式微控制器的存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高。所以嵌入式系統(tǒng)與以太網(wǎng)相結(jié)合的關(guān)鍵在于如何在資源有限的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議。目前，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)的方案主要有以下幾種：(1)專用網(wǎng)絡(luò)+專用網(wǎng)關(guān)嵌入式系統(tǒng)首先通過(guò)專用網(wǎng)絡(luò)(比如RS．485總線等)連接起來(lái)，然后再連到專用網(wǎng)關(guān)上，由該專用網(wǎng)關(guān)作為通信控制器，將內(nèi)部專用網(wǎng)上的信息轉(zhuǎn)換為T(mén)CP／IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，發(fā)送到以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。該方案必須依賴專用網(wǎng)關(guān)作為通信控制器工作，在很大程度上降低了網(wǎng)絡(luò)整體的可靠性和實(shí)時(shí)性，而且安裝不夠靈活、方便。(2)嵌入式微處理+PHY芯片該方案由嵌入式微控制器和PHY芯片(比如RTL8019AS)組成，也叫軟TCP／IP方案。一般引入商用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如VxWorks、Linux等。這類操作系統(tǒng)一般都提供TCP／IP協(xié)議棧，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)提供的API來(lái)實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議的功能。該方案軟件開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，對(duì)研發(fā)人員的開(kāi)發(fā)能力要求較高，一般大公司采用。(3)集成了TCP／IP協(xié)議棧的片上系統(tǒng)(Soe)現(xiàn)在有些網(wǎng)絡(luò)微控制器芯片已經(jīng)在片上集成了TCP／IP協(xié)議棧了，用戶無(wú)需采用外部的硬件協(xié)議棧芯片或者自己用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)TCP／IP的功能了。但是目前這類芯片一般都采用低端內(nèi)核，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度比較低，要求數(shù)據(jù)傳輸速度比較快的系統(tǒng)就不能采用這種方案。(4)嵌入式微控制器+TCPflP硬件協(xié)議棧由嵌入式微控制器、TCP／IP硬件協(xié)議棧、PHY組成。TCP／IP協(xié)議族功能由協(xié)議棧芯片實(shí)現(xiàn)，嵌入式微控制器通過(guò)調(diào)用函數(shù)，就可以接收、發(fā)送相關(guān)用戶數(shù)據(jù)。該方案硬件電路簡(jiǎn)單，也無(wú)需開(kāi)發(fā)者自己來(lái)實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議，而且用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)TCPFIP協(xié)議，比用軟件實(shí)現(xiàn)，能達(dá)到更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。特別適合資源比較緊張或者對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度要求比較高的系統(tǒng)。終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就采用了這種接入以太網(wǎng)的方案，以求有更快的網(wǎng)絡(luò)處理速度。3．4．1．2網(wǎng)絡(luò)連接方案設(shè)計(jì)終端控制器的工作環(huán)境是在電梯運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)上，受限于電梯運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)空間等因素影響，使用交換機(jī)或集線器等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備來(lái)組建網(wǎng)絡(luò)不方便。所以要求終端控制器有自組網(wǎng)功能，數(shù)套終端控制器就能連接組成局域網(wǎng)，不用借助網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。因而需要具備集線器或者交換機(jī)的功能，具有兩個(gè)以太網(wǎng)接口。設(shè)計(jì)雙以太網(wǎng)接口的另一個(gè)很重要的原因是，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的帶備份通路的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求具有兩個(gè)以太網(wǎng)接口，進(jìn)行首尾相連組成物理上的環(huán)網(wǎng)。終端控制器網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率要求較高，因?yàn)樾枰獋魉痛罅康恼Z(yǔ)音和視頻信息，這種信息的突出特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)量很大。系統(tǒng)需要選擇一款性能優(yōu)良的芯片，終端控制器設(shè)計(jì)選擇的是交換機(jī)控制器芯片。通過(guò)對(duì)集線器和交換機(jī)控制器芯片工作原理的比較分析可以看出，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較大的場(chǎng)合下，集線器控制器很容易引起網(wǎng)絡(luò)的擁塞，交換機(jī)控制器則能憑借其優(yōu)越的性能而較好的工作。本終端控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求相對(duì)較高，通常工作在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大的場(chǎng)合下，所以本終端控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用了臺(tái)灣RELTEK公司生產(chǎn)的RTL8305SC交換機(jī)控制器芯片。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口示意圖如圖3．4．1所示：圖3．4．1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口示意圖3．4．1．3網(wǎng)絡(luò)接口主要芯片介紹瞄之5】從上述的方案設(shè)計(jì)中可以看出，在網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)中主要用到的芯片有硬件TCP／IP協(xié)議棧芯片W3150A+和以太網(wǎng)交換機(jī)芯片RTL8305SC。下面分別簡(jiǎn)單的介紹一下這兩個(gè)芯片的主要功能及特性。(1)W3 150A+WIZnet公司硬件協(xié)議棧芯片W3150A+是以大規(guī)模集成電路方式硬件化通信協(xié)議棧，提供一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的高速連接互聯(lián)網(wǎng)上各種數(shù)字設(shè)備的解決方案。實(shí)現(xiàn)方式是以硬件化TCP／IP棧來(lái)完成。它提供一個(gè)既快且簡(jiǎn)易的渠道來(lái)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的功能。應(yīng)用此大規(guī)模集成化的芯片于系統(tǒng)中可完全卸載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所需的負(fù)荷，減輕軟件開(kāi)發(fā)的工作量。W3150A+實(shí)現(xiàn)TCP／IP棧中的TCP，UDP，ICMP，Pv4，ARP，IGMP以及PPPoE協(xié)議，另加連接以太網(wǎng)協(xié)議中的數(shù)據(jù)控制及MAC協(xié)議。芯片內(nèi)含16KB收／發(fā)緩沖存儲(chǔ)器。對(duì)MCU接1：3采用多種連接方式，對(duì)物理層銜接則應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)MII接El。W3150A+主要由4部分組成，它們分別是：第一部分是MCU接口。W3150A+提供直接總線接口和間接總線接口，W3150A+還提供SPI總線接口。適合與類似8051單片機(jī)的總線連接，也非常適合與只有IO口而沒(méi)有總線接口的單片機(jī)連接。第二部分是TCP／IP協(xié)議棧。W3150A+已經(jīng)完全固化了從MAC層、網(wǎng)絡(luò)層到傳輸層所需要的協(xié)議，因而用戶無(wú)需了解這些協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)現(xiàn)代碼。第三部分是接收和發(fā)送緩沖區(qū)。單片機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上其它主機(jī)進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)是通過(guò)這些緩沖區(qū)來(lái)交換的。第四部分是以太網(wǎng)物理層接EI(MII接口)。W3150A+可以與RTL8201無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)10／100BaseT以太網(wǎng)物理接口。芯片結(jié)構(gòu)如圖3．4．2所示：圖3．4．2 W3150A+結(jié)構(gòu)(2)RTL8305SC簡(jiǎn)介RTL8305SC是臺(tái)灣的RELTEK公司生產(chǎn)的二層交換網(wǎng)絡(luò)芯片，具有5個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。其中每個(gè)接El含有一個(gè)MAC層和一個(gè)物理層收發(fā)器，提供10／100M傳輸速率的自動(dòng)協(xié)商和識(shí)別功能(完全兼容IEEE802．3／802．3u的自動(dòng)協(xié)商識(shí)別功能)，支持UTP方式，并且在光纖模式下提供流量控制功能。它集成高效的SRAM作為收發(fā)分組的緩沖區(qū)，提供廣播幀過(guò)濾功能，還提供了微控制器接El：SMI(Serial Management Interface)接lZl，允許微控制器通過(guò)該接口設(shè)置內(nèi)部寄存器和診斷內(nèi)部錯(cuò)誤。RTL8305SC的5個(gè)以太網(wǎng)接IXl(PORT0一PORT4)分為三個(gè)部分：組X、組Y和PORT4。用戶可以根據(jù)需要將PORT0,PORT3靈活地劃分為組X和組Y，每組的工作模式相互獨(dú)立。而第5 N(PORT4)貝IJ是一個(gè)功能強(qiáng)大的接口，支持一個(gè)外部的MAC接口，可以根據(jù)需要配置成為物理層模式(PHY)MII接12物理層模式(PHY)SNI接口及MAC模式MII接口三種，以實(shí)現(xiàn)與路由器、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PNA)及VDSL發(fā)送設(shè)備直接相接。也可以直接工作在U11P方式。RTL8305SC內(nèi)部寄存器有三種設(shè)置方式：第一種是僅用外部配置引腳，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)普通交換功能。用戶根據(jù)需要在上電前設(shè)置好外部配置引腳的狀態(tài)，上電時(shí)RTL8305SC根據(jù)外部配置引腳的狀態(tài)自動(dòng)設(shè)置內(nèi)部寄存器。第二種是使用外部配置引腳并結(jié)合串行EEPROM自動(dòng)加載，即RTL8305SC中的幾個(gè)基本功能寄存器r(register0register5)是根據(jù)外部配置引腳的狀態(tài)自動(dòng)設(shè)置的，而其它