基于LM3S101的數(shù)字采控器設計

0 引言
隨著科學技術的發(fā)展和社會的進步，現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)已越來越廣泛地應用于金融、交通、商業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領域。數(shù)字采控器作為現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)字量采集和控制的主要設備，其性能對整個系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控工作的穩(wěn)定性具有十分重要的作用。因此，研制結構簡單、性能穩(wěn)定、可靠性高且成本低廉的新型數(shù)字采控器具有十分重要的意義。
本文介紹了一種以Luminary公司新推出的、采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的LM3S101微控制器為控制核心，并采用RS-485通信專用器件SP3485進行通信接口的設計，由串行輸入／并行輸出8位移位寄存器74HC164和并行輸入／串行輸出8位移位寄存器74HC165來進行并行數(shù)字輸入／輸出擴展的數(shù)字采控器的設計方法。該數(shù)字采控器具有性價比高、設計新穎、實用、抗干擾能力強等特點，可廣泛應用于各種現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，而且經(jīng)改造后，還可應用于遠程控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體工作原理
本數(shù)字采控器硬件以LM3S101 ARM微控制器為控制核心，主要實現(xiàn)RS485通信、波特率設置、本機地址設置、8路數(shù)字量采集和8路數(shù)字量控制等功能。其系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。

數(shù)字采控器的主要功能是根據(jù)遠程監(jiān)控中心發(fā)出的現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)字量傳感器(如：玻璃破碎監(jiān)測、遠紅外監(jiān)測等)狀態(tài)監(jiān)控命令來進行8路傳感器數(shù)字量的狀態(tài)采集，然后將采集到的數(shù)字量結果發(fā)送給監(jiān)控中心；同時接收來自遠程監(jiān)控中心發(fā)送的數(shù)字量開關控制命令，進行數(shù)字量輸出控制，以控制監(jiān)控現(xiàn)場的監(jiān)控輔助設備，如：燈光、報警器等。

2 硬件結構
本系統(tǒng)主要由LM3S101 ARM微控制器主控系統(tǒng)、RS485通信接口、通信波特率和本機地址設置電路、8路數(shù)字量輸入電路、8路數(shù)字量輸出電路等組成。
2．1 LM3S101主控系統(tǒng)
LM3S101 ARM微控制器是Luminary公司推出的一款結構簡單、性能出眾且?guī)в蠥RM Codex－M3處理器內(nèi)核的32位微控制器。Codex－M3處理器是首個基于ARMv7M架構，主要針對汽車車身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡等對成本和功耗極端敏感的嵌入式應用領域，是以實現(xiàn)高系統(tǒng)性能為目的而專門設計的ARM內(nèi)核。
LM3S101的最大特點是成本低，性價比高。通常在大多數(shù)人腦海中的印象是32位微控制器價格較高，因此在設計低成本嵌入式應用系統(tǒng)時，常會自覺或不自覺地首選8／16位的微控制器，而LM3S101微控制器芯片的面世徹底改變了這種狀況。因為它的銷售價格在1美元以下，這就使得在構建同等性能價格比的應用系統(tǒng)時，選用32位的LM3S101芯片比選用其它8／16位芯片的成本更低。