1 引言

　　在儀器儀表迅速發(fā)展的同時(shí)，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在迅速發(fā)展，PC機(jī)已經(jīng)從高速增長(zhǎng)進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期，單純由PC機(jī)帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代己經(jīng)成為歷史，嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了后PC時(shí)代。基于嵌入式智能儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)重要發(fā)展方向之一，是工業(yè)數(shù)據(jù)通訊與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果［1］。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與成熟將會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

　　2 嵌入式控制器硬件設(shè)計(jì)

　　控制器的定義：嵌入式控制器以高速處理器為核心，由高速處理器和其他芯片協(xié)同工作來(lái)控制的電子設(shè)備或裝置，能夠完成監(jiān)視、控制等各種自動(dòng)化處理任務(wù)［4］。嵌入式控制器是系統(tǒng)的核心部分。

　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　圖1 嵌入式控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　嵌入式控制器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1所示。由5V、3.3V和1.8V二種直流電源供電。系統(tǒng)主要由DSP芯片TMS320C5402、256K FLASH存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)接口芯片RTL8019AS、 A/D轉(zhuǎn)換芯片、串口芯片等組成。

　　從嵌入式控制器的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖以看出嵌入式控制器是嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。現(xiàn)場(chǎng)智能儀器儀表可以通過(guò)嵌入式控制器的模擬量和數(shù)字量接口輸入信號(hào)，由控制器內(nèi)嵌的服務(wù)程序，通過(guò)以太網(wǎng)或Modem，在遠(yuǎn)程由客戶端程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)智能儀表進(jìn)行信號(hào)的查看和控制，從而實(shí)現(xiàn)智能儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　2.2 處理器DSP 5402最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　（1）復(fù)位電路。同時(shí)設(shè)計(jì)上電復(fù)位電路和人工復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)可方便地人工復(fù)位。復(fù)位電路一方面應(yīng)確保復(fù)位低電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，保證DSP可靠復(fù)位；另一方面應(yīng)保證穩(wěn)定性良好，防止DSP誤復(fù)位。復(fù)位電路采用MAX706R芯片組成自動(dòng)復(fù)位電路。MAX706R是一種能與具有3.3V工作電壓的DSP芯片相匹配的自動(dòng)復(fù)位芯片。該芯片的具體接法如圖2所示。

　　（2）時(shí)鐘電路。一般DSP系統(tǒng)中經(jīng)常使用外部時(shí)鐘輸入，因?yàn)槭褂猛獠繒r(shí)鐘時(shí)，時(shí)鐘的精度高，穩(wěn)定性好，使用方便。由于DSP工作是以時(shí)鐘為基準(zhǔn)，如果時(shí)鐘質(zhì)量不高，那么系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性就很難保證。因此，本系統(tǒng)擬采用外部時(shí)鐘源提供時(shí)鐘，如圖3所示。將外部的時(shí)鐘信號(hào)直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，X1引腳懸空。設(shè)置CLKMEI=1，CLKMD2=1，CLKMD3=1。復(fù)位后使DSP芯片的時(shí)鐘為外部晶振頻率的1/2，即2分頻。

　　圖2 系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位電路

　　圖3 時(shí)鐘電路

　　（3）系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。TMS320VC5402芯片采用雙電源供電，DSP的核內(nèi)電壓和I/O接口電壓分別為1.8V和3.3V， 本系統(tǒng)需要三種電源，電壓為5V、3.3V和1.8V。其中，RTL8019AS網(wǎng)卡芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均采用5V電源供電。DSP的雙電源解決方案采用TPS73HD318實(shí)現(xiàn)，輸入的電源電壓為5V，輸出電壓分別為3.3V和1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA。

　　2.3 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

　　FLASH存儲(chǔ)器與EPROM相比，具有更高的性能價(jià)格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫(xiě)、使用方便，并且3.3V的FLASH可以直接與DSP芯片連接。因此，采用FLASH作為程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和一些固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。本系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器選用了一片AT29LV020 FLASH存儲(chǔ)器。此芯片有256K×8的存儲(chǔ)空間，最快讀取速度為100ns。所以在讀取程序時(shí)，要使主頻低于10MHz。

　　2.4 接口電路設(shè)計(jì)

　　（1）模擬量輸入接口。模擬量輸入通道采用了TI公司生產(chǎn)的TLV2544芯片，當(dāng)與DSP芯片連接時(shí)，可用一個(gè)幀同步信號(hào)FS來(lái)控制一個(gè)串行數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始。采用TMS320VC5402提供高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口MCBSP，可用來(lái)與串行A/D轉(zhuǎn)換器直接連接。

　　（2）以太網(wǎng)擴(kuò)展接口。實(shí)現(xiàn)嵌入式智能儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，首要的問(wèn)題就是要讓智能儀表具有以太網(wǎng)接口。***Realtek公司生產(chǎn)的RTL8019AS以太網(wǎng)接口芯片可以讓嵌入式控制器具有通用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口。

　　（3）RS-232串行接口設(shè)計(jì)。RS-232-C并未定義連接器的物理特性，因此存在DB-25， DB-15和DB-9等多種類(lèi)型的連接器。DSP為了同現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的串口相連，我們用MAXIM公司的MAX3111來(lái)完成EIA到TTL電路之間的電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。

　　（4）RS-485串行通信接口。RS-485是為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離、分布式控制系統(tǒng)的需要而制定的一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)。它支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離傳輸。RS-485標(biāo)準(zhǔn)采有用平衡式發(fā)送，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線。為了擴(kuò)展終端連接設(shè)備的數(shù)量，本設(shè)計(jì)增加了RS-485接口。DSP與RS-485串口的連接使用MAXIM公司的MAX3140UART通信芯片來(lái)完成。