基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄分析儀的硬件設(shè)計
加入技術(shù)交流群
2．2 主板的設(shè)計
如上所述，主板負責(zé)整個系統(tǒng)的電源部分，以太網(wǎng)通信部分，CAN通信部分，485通信部分，串行通信部分，顯示部分，數(shù)據(jù)存儲部分，CPLD部分等。
2．2．1 電源模塊的設(shè)計
CPUS3C2410A芯片的各個模塊采取獨立供電，其中，內(nèi)核在200 MHz工作時，工作電壓是1．8 V，在266 MHz工作時，工作電壓是2 V，存儲器和I／O的工作電壓是3．3 V，所以本系統(tǒng)采用一個+5 V的開關(guān)電源模塊，然后再分別將+5 V電壓處理成3．3 V電壓和1．8 V電壓。其中3．3 V電壓是用低壓差線性電壓源通過+5 V調(diào)整得到的。直流5 V電壓經(jīng)外部接入，經(jīng)過電源的濾波，輸出平穩(wěn)的，5 V可用的電壓，通過LM1117T的調(diào)整可以得到可用的3．3 V電壓。最后在輸出端接入一個100μF的鉭電容，來改善其瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。原理圖如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/150070.htm
系統(tǒng)中的1．8 V，是用線性電壓調(diào)節(jié)器MIC5207根據(jù)3．3 V轉(zhuǎn)換而成的，其原理圖如圖3所示。輸出電壓用于向CPU的內(nèi)核供電。在上圖中，MIC5207的3腳接到CPU的PWREN管腳，通過PWREN給MIC5207一個電平，可以控制MIC5207的開關(guān)，從而可以將CPU內(nèi)核的電源關(guān)閉，使其進入掉電狀態(tài)。MIC5207的4腳接入1個470 pF的旁路電容，其作用在于進一步降低噪音。其輸出接入1個470 pF的濾波電容，進一步使輸出更加平穩(wěn)。
2．2．2 通信模塊的設(shè)計
本系統(tǒng)作為一個多功能的數(shù)據(jù)記錄顯示儀器，提供485通信與CAN通信與下位機采樣模塊連接。485通信與CAN通信是工業(yè)現(xiàn)場比較常用的2種模塊。另外，系統(tǒng)還配置了以太網(wǎng)通信模塊，便于將數(shù)據(jù)傳送到上位機進行集中監(jiān)控和管理。下面，就分別進行簡單說明。
1)485通信模塊的設(shè)計
485通信模塊原理圖如圖4所示。
常規(guī)的485通信模塊由電源隔離，光耦電氣隔離，RS-485總線收發(fā)器與保護器構(gòu)成。由于地回路的存在，通信回路與地之間存在電勢差，在環(huán)境惡劣的場合尤為突出。電勢差會在通信線之間形成共模電壓。由于通信線之間對地阻抗不平衡，共模電壓就會在通信線之間產(chǎn)生干擾電壓，使通信的可靠性降低，嚴(yán)重情況下還會毀壞通信節(jié)點。電源隔離和光耦隔離的作用在于防止此情況發(fā)生，但是加入太多的隔離模塊會使電路復(fù)雜化。在本系統(tǒng)中，采用集成的隔離485收發(fā)器模塊RSM485CHT，它集成了電源隔離，光耦電氣隔離，總線收發(fā)器與總線保護器。這樣降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，又能有效地提高電路的抗干擾能力，傳輸速度和可靠性。還有效地減小了PCB板的面積以及布線的復(fù)雜程度。
由于RSM485CHT芯片的TXD．RXD，CON的接口匹配電平是+5 V電平，而CPU的管腳電平是3．3 V，所以需要接入1個總線電平轉(zhuǎn)化器74LV42 45A，用來給3 V器件和5 V器件提供接口。也可以選擇與3．3 V電平匹配的隔離模塊RSM3485CHT。
2)CAN通信模塊的設(shè)計
CAN總線由BOSCH公司開發(fā)，最先應(yīng)用于汽車工業(yè)，為解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線。它是一種多主方式的串行通信總線，有高的位速率，高的抗電磁干擾性，成本低，傳輸效率高，傳輸效率遠，有可靠的錯誤處理和檢錯機制。因為CAN總線有很好的實時性能，所以在汽車工業(yè)，航空工業(yè)，工業(yè)控制，安全防護能領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
CAN總線發(fā)明以來，出現(xiàn)了許許多多的CAN控制芯片，它們各有優(yōu)勢。本文所采用的控制芯片，是PHILIPS公司的SJA1000T。SJA1000是一種獨立控制器，它增加了一種新的模式，可以支持CAN2．0B協(xié)議。它是82C200的替代品，相比于后者，它各方面的性能都有很大的提高，標(biāo)識符由原來的11位擴展到29位，濾波方式由原來的單一方式改為單濾波和雙濾波2種方式，并且在出錯處理，超載能力，以及接受濾波等方面有了很大的改進。
與485通信模塊相同，CAN通信模塊的設(shè)計仍然采用隔離模塊CTM1050。CTM1050作為物理總線與CAN控制器之間的接口，用于提高總線的差動發(fā)送能力與CAN總線的差動接受能力。CTM1050則采用了全灌封工藝，內(nèi)部集成了CAN總線所必需的所有收發(fā)電路，完全電器隔離電路，隔離電壓。很好地實現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，簡化了電路的連接與維護。
評論