基于SEP3203拉力試驗(yàn)機(jī)嵌入式測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2 測控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的功能要求和工作原理，該系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．1 核心板和電源模塊
核心板上的處理器采用東南大學(xué)博芯公司的SEP3203。SEP3203處理器內(nèi)嵌了英國ARM公司提供的ARM7TDMI處理器內(nèi)核，內(nèi)嵌20 KB片上零等待靜態(tài)存儲(chǔ)器；集成了支持黑白、灰度、彩色的LCD控制器；支持用于連接觸摸屏通信的SPI協(xié)議。一個(gè)通道實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，85個(gè)通用I／O口和18個(gè)外部中斷源。
核心板中存儲(chǔ)器部分包括8 MB SDRAM和2 MBNOR FLASH。通過擴(kuò)展插座引入核心板所用到的RESET和WAKEUP功能引腳；通過擴(kuò)展插座將22位地址線和32位數(shù)據(jù)線以及未用的控制信號擴(kuò)展到母板。
該系統(tǒng)要求多路電源供電，如ARM核心板需要3．3 V和5 V兩路電源；在系統(tǒng)的外圍部件中，LCD控制模塊需要5 V電源供電；A／D轉(zhuǎn)換模塊需要6 V電源同時(shí)供電；伺服驅(qū)動(dòng)器則需要12 V電源供電，所以應(yīng)該對輸入電源進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)壓、分路等設(shè)計(jì)。
2．2 外圍通用接口模塊
試驗(yàn)機(jī)控制器的外圍通用接口模塊主要包含通用I／O口、USB接口、JTAG調(diào)試口等。在試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)中，控制器除了要與上下層通信外，主要還涉及到傳感器測量參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和伺服控制信號的輸出等。同時(shí)，開關(guān)量也是測控現(xiàn)場最簡單且使用較頻繁的信號之一，如試驗(yàn)機(jī)動(dòng)橫梁的限位開關(guān)、液晶顯示控制和指示燈的亮滅等。設(shè)計(jì)中采用SEP3203的通用I／口來實(shí)現(xiàn)這些信號的輸入／輸出。
SEP3203提供了85個(gè)通用I／O口和18個(gè)外部中斷源，無需擴(kuò)展I／O口。使用端口功能時(shí)首先在程序里把引腳功能模式定義好，即將每個(gè)端口配置為輸入模式、輸出模式或中斷功能模式，每個(gè)復(fù)用引腳都有對應(yīng)的寄存器位來選擇實(shí)際使用的功能模式。該設(shè)計(jì)中，I／O通道使用雙向緩沖器件74LVCH162245A，以增強(qiáng)總線驅(qū)動(dòng)能力。
此外，系統(tǒng)中還添加了2個(gè)USB接口，用于測試結(jié)果的輸出或作為備用接口。
2．3 信號采集模塊
信號采集模塊包括多通道力值采集模塊和多通道變形信號采集模塊。
力值和變形是系統(tǒng)所采集的最主要信號。傳感器的電壓信號輸入到模／數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5530中，CS5530的差動(dòng)輸入端可以直接測量來自傳感器的毫伏信號，這簡化了與外圍電路的連接?？删幊淘鲆娣糯笃髂苁狗糯蟊稊?shù)從1～32進(jìn)行設(shè)定，大大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。多級程控?cái)?shù)字濾波器可使數(shù)據(jù)輸出速率得到選擇，范圍為7．5 Hz～3．84 kHz，方便了與外設(shè)的連接。另外，CS5530內(nèi)部有一個(gè)完整的自校正系統(tǒng)，可以進(jìn)行自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)，從而可消除A／D本身的零點(diǎn)增益和漂移誤差，以及系統(tǒng)通道的失調(diào)和增益誤差。此外，由線性穩(wěn)壓元件7806提供工作電壓，以確保信號采集精度。
2．4 人機(jī)交互模塊
為了使萬能試驗(yàn)機(jī)測控系統(tǒng)具有更好的人機(jī)交互界面，便于用戶調(diào)試與操作，需要給其配置顯示裝置，如LCD液晶顯示屏以及信號燈提示等。另外．要進(jìn)行人機(jī)交互，還得有輸入裝置，使用戶可以對ARM主控制器發(fā)出命令或輸入必要的控制參數(shù)等，該系統(tǒng)采用觸摸屏輸入。
根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，液晶顯示模塊采用240×320黑白4級灰度顯示屏，兼容彩色7寸64K彩色TFT液晶屏，觸摸屏與LCD合為一體。觸摸屏采用AC97+UCB1400工作方式。UCB1400的小體積與低電壓(3．3 V)特性使其成為新一代PDA應(yīng)用產(chǎn)品的理想選擇。它集成了先進(jìn)的音頻編解碼、觸摸屏控制器以及電源管理等功能，并以標(biāo)準(zhǔn)、立即可用的產(chǎn)品形態(tài)提供客戶化功能。UCB1400控制器作為液晶顯示屏與ARM的接口，用來直接驅(qū)動(dòng)液晶控制字符、漢字以及圖形的顯示。借助UCB1400，可以直接利用SEP3203的I／O口模擬液晶的讀／寫和控制時(shí)序，使得ARM對液晶的操作實(shí)際上變?yōu)锳RM對液晶顯示控制器UCB1400的操作，從而簡化了接口電路的硬件連接和軟件編程。
3 測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
μC／OS-Ⅱ是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的完全可剝離的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以管理64個(gè)任務(wù)，其中留給用戶的應(yīng)用程序最多可有56個(gè)任務(wù)。這種RTOS應(yīng)用軟件的開發(fā)過程為：
(1)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，明確應(yīng)用軟件的功能；
(2)結(jié)合RTOS的并發(fā)特性(或準(zhǔn)并發(fā)特性)，對應(yīng)用軟件要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行大小適當(dāng)?shù)膭澐郑簿褪前褢?yīng)用軟件的功能按照一定的原則劃分為若干個(gè)任務(wù)模塊；
(3)對各個(gè)任務(wù)間的通信和時(shí)延進(jìn)行仔細(xì)的確認(rèn)。
在μC／OS-Ⅱ中，每個(gè)任務(wù)都是一個(gè)無限的循環(huán)，都可能處于以下5種狀態(tài)：休眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、掛起態(tài)和被中斷態(tài)。任務(wù)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換如圖3所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/150912.htm
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