基于arm9的嵌入式工控機設(shè)計報告-資料下載頁
2024-08-27 15:35本頁面
【導讀】計一款高性能、低功耗、低成本、小體積的嵌入式工業(yè)控制計算機。控機以AT91SAM9X25為主處理器，支持128MBDDR2SDRAM存儲器，1GBNANDFlash存儲器，2路10/100Mbps自適應工業(yè)以太網(wǎng)接口，2路CAN總線接口，4路高速串口，1路調(diào)試串口，2路接口，大容量SD存儲卡以及多路GPIO，并支持寬電壓范圍供電。40℃～80℃）、濕度條件及“三防”要求。口、串行接口、USB接口等。發(fā)，繼承了Windows系列操作系統(tǒng)的優(yōu)點，極大方便了應用程序的開發(fā)。工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，同時通過運行Windows系列操作系統(tǒng)，保持與通用PC的軟件兼容。工業(yè)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)與維護具有良好的支持與推動作用。但由于IPC的固有缺點，使之在工業(yè)控制的某些應用領(lǐng)域，無法達到令人滿意的效果。熱風扇一直是故障率較高的部件之一，其它諸如液體散熱等方式，均由于工藝復雜，成本較高，
【正文】 本次設(shè)計選擇的千兆以太網(wǎng)收發(fā)器 是DM9161A，另外在以太網(wǎng)收發(fā)器和以太網(wǎng)接口之間還要添加相應的變壓器，實現(xiàn)電壓的隔離和轉(zhuǎn)換，本次設(shè)計采用的 百 兆以太網(wǎng)接口是 66058146 其內(nèi)置了變壓器。 圖７ 以太網(wǎng)流程圖 （ 六 ） 串口設(shè)計 由于串行 通訊方式具有使用線路少、成本低的特點，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在進行串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來并進行通訊。 RS232 接口是目前最常用的一種串行通訊接口，它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端廠家共同制定的用于串行通訊的標準。在 RS232 協(xié)議中，信號線的電壓為負邏輯關(guān)系，邏輯“ 1”為 5~15V，邏輯“ 0”為 +5~+15V，噪聲容限為 2V，也就是說要求接收器能識別低至 +3V 的信 號作為邏輯“ 0”，高到 3V 的信號為邏輯“ 1”。經(jīng)常使用的串行口有 9 針和 25 針兩種類型，這里只對 9 針類型的串行口的引腳定義作簡單介紹： 圖８ 串口功能圖 實際上兩個設(shè)備之間通過三根信號線（ RXD， TXD， GND）就能實現(xiàn)串行通訊，其它信號線則用于實現(xiàn)一些附加功能和專用功能。 AM335X 處理器內(nèi)部集成了 UART 模塊，可以支持 6 個 UART 口，由于其信號電平還只是 TTL 電平，因此在把這兩個接口用作 RS232 接口時，還需要經(jīng)過 RS232 電平轉(zhuǎn)換芯片把信號電平轉(zhuǎn)化為 RS232 電平。本次選用了 TI 公司的 MAX3232E 來實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，這部分電路圖如圖所示，圖中的 UART0_RXD、 UART0_TXD 兩根信號線由 AM335X 的 UART0 模塊引出，標號為 CON1SAM9X25 DM91611A RJ45 Gigabit 11 的 DB9 接口就可以用于 RS232 通訊。另外 5 個 RS232 接口的設(shè)計和此類似，分別由 AM335X的 UART UART UART UART5 模塊引出。 圖９ 串口設(shè)計圖 （ 七 ） SD 存 儲卡設(shè)計 AM335X 可以支持 MMC 卡， SD 卡以及 Memory Stick 等多種存儲設(shè)備，而 SD 卡的性價比更高，可以支持最大 64G 的容量，使用也比較方便。 SD 卡是在 MMC 卡的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它比 MMC 卡多了兩根信號線用作數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率比 MMC 快很多，能支持 1 Bit 和 4 Bit 兩種模式。 MMC 和 SD 卡的信號描述如圖所示： 圖１０ ＳＤ信號描述圖 除了上面這些標準引腳外， SD 卡插座一般還會提供 CD 信號和 WP 信號，分別用來檢測卡的插入和寫保護信號。 SD 部分的原理圖設(shè)計如圖所示： 12 圖１１ ＳＤ卡設(shè)計圖 （ 八 ） 數(shù)字輸入輸出設(shè)計 為應對復雜的工業(yè)環(huán)境，外部的數(shù)字信號要進入工控機里需要對其進行隔離，本次采用簡單可靠的光電耦合器進行輸入隔離，繼電器進行輸出隔離。如圖所示： 圖１２ 數(shù) 字輸入輸出設(shè)計圖 五、 設(shè)計結(jié)果及分析 按照設(shè)計要求，選定了器件型號，設(shè)計了符合各項要求的基于 CortexA8 的嵌入式工控機硬件電路，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)計圖 最終設(shè)計電路包含 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 高速主機接口、 大容量 SD 存儲卡以及多路 GPIO、 8 路數(shù)字輸入接口、 并支持寬電壓范圍供電（ DC9V～ DC30V）。 配以合適的外裝箱，可實現(xiàn)防塵、防水要求。 六、 結(jié)束語 嵌入式系統(tǒng)如今在工業(yè)控制、通信、消費電子等許多方面的應用是越發(fā)的廣泛了，尤其近幾年隨著國內(nèi)在這個領(lǐng)域的廣泛研究與應用。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)融入了人們生產(chǎn)、生活的方方面面，發(fā)展前景也是一片光明。 參考文獻 ： [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)中的應用，工業(yè)控制計算機， 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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