【正文】 處理。 系統(tǒng)的總體架構(gòu) 硬件架構(gòu)圖硬件系統(tǒng)可分為6個(gè)模塊來(lái)設(shè)計(jì)：主控制模塊采用LPC2294作為系統(tǒng)的核心CPU；數(shù)據(jù)采集模塊以AD7865作為數(shù)模轉(zhuǎn)化的核心芯片并輔助以O(shè)P497作為前端調(diào)理電路的核心芯片；數(shù)據(jù)通信模塊以TL16C554作為串口擴(kuò)展芯片，以MAX348SP3232E作為485與232接口芯片；控制信號(hào)模塊以TLP5214為光隔，以TN212V繼電器作為驅(qū)動(dòng)芯片；電源模塊涉及到了各電壓等級(jí)，我們選擇了LDO芯片SPX1117作為穩(wěn)壓器件；存儲(chǔ)模塊以SRAM IS61LV25616AL芯片作為存儲(chǔ)器件。第二種為了自動(dòng)化采集的需要，可以通過(guò)配置文件，控制系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送采集命令，通知儀器進(jìn)行采集，這樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守采集站。根據(jù)儀器的分類(lèi)，可分為三種采集模式：南京市協(xié)議采集模式、Modbus協(xié)議采集模式、模擬量采集模式。從采集模式中我們了解到三種形式的數(shù)據(jù)，所以要求我們對(duì)三種資料需采用不同的處理方式。這就要求我們的系統(tǒng)與上位機(jī)之間采用一定的通信協(xié)議。該系統(tǒng)可分為6個(gè)模塊來(lái)設(shè)計(jì)：主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、控制信號(hào)模塊、電源模塊和存儲(chǔ)模塊。 ARM核心模塊電路采集系統(tǒng)采用ARM7LPC2294作為處理器，由于LPC2294 的144 腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32 位定時(shí)器、4 高級(jí)CAN以及多達(dá)9個(gè)外部中斷管腳使它們特別適用于汽車(chē)、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線(xiàn)。由于內(nèi)置了兩個(gè)串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及許多其它的通用應(yīng)用中。LPC2294的兩個(gè)UART中，有一個(gè)具有完整的modem功能。其中用到的管腳為T(mén)xD0、RxD0、TxDRxD1；其中TxD0作為串口1的發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)，RxD0作為串口1的數(shù)據(jù)接受線(xiàn)；TxD1作為串口2的發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn)，RxD1作為串口2的數(shù)據(jù)接受線(xiàn)。我們從管腳可以清楚的看出，總線(xiàn)具有32位寬度的數(shù)據(jù)線(xiàn)，我們可以通過(guò)使用BLSx控制所需要使用的數(shù)據(jù)位（以字節(jié)為單位）。其中的WE、OE分別為總線(xiàn)的寫(xiě)信號(hào)與讀信號(hào)。我通過(guò)LPC2294的資料了解到，LPC2294具有9個(gè)外部中斷管腳，我們可以方便的使用這些中斷進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。這些提供嵌入式處理器運(yùn)行所必須的條件的電路與嵌入式處理器共同構(gòu)成了這個(gè)嵌入式處理器的最小系統(tǒng)。這些提供嵌入式處理器運(yùn)行所必須的條件的電路與嵌入式處理器共同構(gòu)成了這個(gè)嵌入式處理器的最小系統(tǒng)。1. 時(shí)鐘電路圖32為L(zhǎng)PC2294的時(shí)鐘電路，用于向CPU及其他電路提供工作時(shí)鐘。因串口通信的需要。通過(guò)PLL倍頻以后，LPC2294的工作頻率可以到達(dá)60MHz。片內(nèi)的工作頻率，還可以通過(guò)內(nèi)部寄存器的設(shè)置，獲得外圍器件需要的時(shí)鐘信號(hào)。為解決這個(gè)問(wèn)題，所有微控制器均有一個(gè)復(fù)位邏輯，它負(fù)責(zé)將微控制器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)。一些微控制器自己在上電時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，但大多數(shù)微控制器需要外部輸入這個(gè)信號(hào)。 復(fù)位電路可以使用簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位，這個(gè)電路成本低廉，但不能保證任何情況產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號(hào)，所以一般場(chǎng)合需要使用專(zhuān)門(mén)的復(fù)位芯片。LPC2000這個(gè)范圍為：～。該芯片具有2K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100年；存儲(chǔ)器采用400KHz的I2C總線(xiàn)接口，16字節(jié)的頁(yè)寫(xiě)緩沖區(qū)；具有高、低電平復(fù)位信號(hào)；并且具有看門(mén)狗輸入信號(hào)，可以和好的解決程序跑飛的問(wèn)題。3. JTAG調(diào)試接口電路調(diào)試與測(cè)試接口不是系統(tǒng)運(yùn)行必須的，但現(xiàn)代系統(tǒng)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)可測(cè)性，調(diào)試、測(cè)試接口的設(shè)計(jì)也要重視了。對(duì)于LPC2294芯片，通過(guò)將JTAG接口信號(hào)線(xiàn)連接到一個(gè)插座，外部仿真器或者編程器通過(guò)改插座來(lái)與處理器相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的調(diào)試與編程。JTAG接口電路如圖34所示，/TRST是JTAG 接口的測(cè)試復(fù)位管腳；/TMS是JTAG 接口的模式選擇管腳；/TCK是JTAG 接口測(cè)試時(shí)鐘管腳；/TDI是JTAG接口測(cè)試數(shù)據(jù)輸入管腳；/TDO是JTAG 接口測(cè)試數(shù)據(jù)輸出管腳；/RTCK返回的測(cè)試時(shí)鐘輸出管腳，JTAG 端口的額外信號(hào)，當(dāng)處理器頻率變化時(shí)幫助調(diào)試器保持同步，帶內(nèi)部上拉的雙向口，當(dāng)RESET 為低時(shí)，RTCK 上的低電平會(huì)使P1[31:26]在復(fù)位后作為調(diào)試端口；nRST該信號(hào)可以產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，這樣可以保證仿真器或編程器連接到處理器上后可以讓處理器各寄存器復(fù)位。管腳的內(nèi)部上拉確保了管腳未連接時(shí)呈現(xiàn)高阻態(tài)。BOOT1:0=01 選擇引導(dǎo)CS0 控制的16 位存儲(chǔ)器。BOOT1:0=11 選擇內(nèi)部Flash 存儲(chǔ)器。，當(dāng)RESET 為低時(shí)，該管腳上若為低電平將強(qiáng)制復(fù)位后由片上引導(dǎo)裝載程序來(lái)控制器件的操作。AD78651是一種高速、低功耗、四通道同步采樣的14位A/D轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)線(xiàn)D3DO實(shí)現(xiàn)軟件通道選擇。SLlSL4分別對(duì)應(yīng)通道14。(2) 如果引腳H/S輸人高電平，則通過(guò)DOD3數(shù)據(jù)寫(xiě)人寄存器進(jìn)行軟件通道選擇，DOD3分別對(duì)應(yīng)通道14。在我們的系統(tǒng)中需要隨時(shí)能選擇一個(gè)或幾個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，所以選擇第二種軟件控制選通道的方法。引腳CONVST只需保持至少35ns的低電平，然后由低變高時(shí)，跟蹤/保持放大器就置成保持模式，這樣便采到了四個(gè)信號(hào)，進(jìn)人轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)所有通道轉(zhuǎn)換完畢時(shí)，BUSY變?yōu)榈碗娖?。寄存器出完第一個(gè)數(shù)據(jù)以后FRSTDATA失效變低。4. 時(shí)鐘AD7865可以使用內(nèi)部時(shí)鐘，也可從外部輸人。芯片使用軟件通道選擇，即引腳H/S為高電平時(shí)，當(dāng)引腳INT/EXTCLK為低電平時(shí)使用內(nèi)部時(shí)鐘，為高電平時(shí)使用外部時(shí)鐘，外部時(shí)鐘從CLKIN引腳輸入。 u， us。例如，當(dāng)在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)用兩片或多片AD7865時(shí)，如果使用內(nèi)部時(shí)鐘則很難保持各個(gè)芯片間的采樣和轉(zhuǎn)換同步進(jìn)行。但是我們的系統(tǒng)沒(méi)有同步的要求所以采用的是內(nèi)置時(shí)鐘，軟件選擇通道的模式。AD7865有一Vdrive管腳。在我們的系統(tǒng)中使用的是內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。因?yàn)锳D7865是14bit的ADC，輸入端為低阻，所以前端必須選用雙極性的運(yùn)放。所以我們選擇兩個(gè)OP497構(gòu)成一個(gè)八通道的有源低通濾波電路。由于AD7865的電壓輸入范圍為5V—+5V，而它的安全電壓范圍為9V—+9V，所以為了AD安全工作須有二極管進(jìn)行限壓保護(hù)。1. RS232接口設(shè)計(jì)RS232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，又稱(chēng)RS232C 。如果要使用LPC2294中的UART與RS232接口的設(shè)備進(jìn)行基本的通訊，那么就需要一個(gè)RS232轉(zhuǎn)換器將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平。SP3222E/3232E系列由3個(gè)基本電路模塊組成：驅(qū)動(dòng)器、接收器和3 Sipex特有的電荷泵。在本系統(tǒng)中我們利用TI公司的異步通信芯片，TL16C554可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展4個(gè)串行口通信。編程人員可由AO,A l,A 2三條片內(nèi)寄存器選擇線(xiàn)和線(xiàn)路控制寄存器的除法數(shù)鎖存器訪(fǎng)問(wèn)位DLAB一起通過(guò)多路復(fù)用進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)或控制TL16C554的任何一個(gè)寄存器。該三信號(hào)我們與ARM地址線(xiàn)A0A2直接相連。該數(shù)據(jù)線(xiàn)與ARM第八位數(shù)據(jù)線(xiàn)相連。這四線(xiàn)通過(guò)將ARM中CS2?？赏ㄟ^(guò)內(nèi)部的分頻寄存器確定串口的通信速率。當(dāng)TL16C554已經(jīng)從串行輸人端接收了一個(gè)字符時(shí)，該信號(hào)失效，在中斷方式時(shí)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)TL16C554允許發(fā)送且發(fā)送緩沖區(qū)為空時(shí)，該信號(hào)有效，在中斷方式時(shí)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。我們將這四個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)非處理后輸入到與門(mén)再進(jìn)行與處理輸入到ARM中斷0管腳調(diào)用中斷。* TX A ,TXB,TXC,TXD:串行數(shù)據(jù)輸出引腳與MAX3485相連。與系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)相連* IOR, IOW:輸人/輸出讀/寫(xiě)選通脈沖，與ARM的OE和WE相連。接口電路如圖312所示，其中D，R分別為串口數(shù)據(jù)輸入輸出管腳；DE與RE是發(fā)送與接受使能管腳，因?yàn)?85電路是半雙工接口，需要對(duì)讀寫(xiě)進(jìn)行控制,這兩個(gè)管腳接同一個(gè)控制信號(hào)；A，B為485差分輸出管腳，需分別接上拉電阻與下拉電阻。所以會(huì)使用ARM的一些IO口作為信號(hào)輸入輸出通道。1． 輸入口我們利用TLP5214四路光隔進(jìn)行信號(hào)隔離，防止外部信號(hào)干擾整個(gè)系統(tǒng)。首先需使用三級(jí)管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，然后和輸入口一樣使用TLP5214進(jìn)行光電隔離。 電源模塊電路本系統(tǒng)屬于混合信號(hào)系統(tǒng)，分為模擬與數(shù)字兩個(gè)部分，所以需要兩套電源系統(tǒng)。在模擬電路部分使用到了雙極性運(yùn)放，在數(shù)字部分有傳統(tǒng)的5V器件，、所以使用到了多電壓等級(jí)分別是12V、+12V、+5V、+、+。在電源設(shè)計(jì)時(shí)，模擬電源與數(shù)字電源需進(jìn)行合理的處理。既有數(shù)字電路又有模擬電路的系統(tǒng)中，數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲會(huì)影響模擬電路，使模擬電路的小信號(hào)指標(biāo)變差，克服的辦法是分開(kāi)模擬地和數(shù)字地。而對(duì)于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時(shí)地線(xiàn)的電感效應(yīng)影響會(huì)更大，一點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致實(shí)際地線(xiàn)加長(zhǎng)而帶來(lái)不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開(kāi)接地和一點(diǎn)接地相結(jié)合的方式。SRAM器件種類(lèi)繁多，這里我們根據(jù)需要選擇了IS61LV25616AL。存儲(chǔ)模塊的電路接線(xiàn)如下圖所示，其中地址線(xiàn)直接與ARM低十八位地址線(xiàn)相連，而數(shù)據(jù)線(xiàn)與ARM的低十六位地址線(xiàn)相連，片選端與CS0相連，讀使能和寫(xiě)使能分別與ARM的OE和WE相連，ARM的BLS1與BLS0是控制數(shù)據(jù)線(xiàn)上的有效位數(shù)。在此項(xiàng)目中我們使用ARM公司推出的A