基于ARM微控制LPC2138的分布式系統(tǒng)設計

引言

分布式控制系統(tǒng)(DistributedControl System，DCS)是應用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)測、管理和分散控制的綜合性網(wǎng)絡系統(tǒng)。目前，采用微控制器作為分布控制核心，通過RS485網(wǎng)絡構建的分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領域獲得了廣泛的應用，例如，分布式溫室環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)，分布式水下電腦燈控制系統(tǒng)等等。

LPC2138是飛利浦公司推出的基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的微控制器，它具有非常豐富的外圍模塊，強大的處理和控制功能，非常易于構建嵌入式系統(tǒng)。用它構建的分布式控制系統(tǒng)，不僅體積小，性價比高，而且還具有穩(wěn)定可靠、功能強大、開發(fā)周期短等特點。LPC21 38微控制器介紹LPC2138內(nèi)嵌512KB的高速Flash存儲器和32KB的RAM，具有豐富的外設資源：2個32位定時器(帶捕獲、比較通道)；2個10位8路ADC；1個10位DAC；PWM通道；4 7 路GPIO；9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷；具有獨立電源和時鐘的RTc；多個串行接口(UART、I2C、SPI、SSP)。它內(nèi)含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級和向量地址，片內(nèi)Boot裝載程序可以實現(xiàn)在系統(tǒng)／在應用編程(ISP／IAP)，通過片內(nèi)PLL可實現(xiàn)60MHz的CPU操作頻率，具有空閑和掉電2種低功耗模式，并且可通過外部中斷喚醒。

控制系統(tǒng)設計

在分布式的控制系統(tǒng)中一般采用通用的單片機作為控制處理的核心，不僅速度慢信息處理能力弱，而且一般需要附加許多外圍電路，例如RAM、ROM、ADC、DAC、看門狗等等。采用ARM微控制器LPC2138為核心的分布式控制系統(tǒng)，通過擴展簡單的外圍電路(顯示模塊、中斷鍵盤、RS485模塊)，開發(fā)相應的嵌入式程序即可實現(xiàn)功能強大的系統(tǒng)，不僅具有較高的系統(tǒng)集成度和穩(wěn)定性，而且開發(fā)周期比較短。本文所設計系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，包含了OLED顯示、中斷鍵盤、RS485接口和EXT_CON接口(用來功能擴展的預留接口)。

顯示系統(tǒng)設計

系統(tǒng)顯示模塊采用OLED顯示模塊VGSl2864E，它是64×128矩陣式單色圖形字符顯示模塊，由于采用有機發(fā)光技術，無需背光源，所以與傳統(tǒng)LCD相比在陽光照射下更能呈現(xiàn)清晰的圖像和數(shù)據(jù)。另外它還具有高亮度、高對比度、寬視角、低驅動電壓和高發(fā)光效率等優(yōu)越的特性，較寬的溫度范圍(存儲溫度：-30℃～80℃，工作溫度：-20℃～70℃)也能適應更惡劣的環(huán)境。

VGS12864E使用兩片列驅動控制器，內(nèi)嵌64×64顯示數(shù)據(jù)RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對應屏上一個點的亮、暗，每個半屏都被分成了按行的八頁，因為每個字節(jié)的數(shù)據(jù)按低位(LSB)在上，高位(MSB)在下的結構排列，所以在提取字庫的時候，需要設置取字模的方式為：縱向取模，字節(jié)倒序。它與LPC2138的連接如圖2所示。ARM和OLED之間需要加電平轉換芯片，本設計采用16位雙向電平轉換芯片IDT74FCT164245，另外進行電平轉換時需要進行方向控制(圖2中DIR即為方向控制腳)。

RS485接口電路設計

RS485通信部分采用TI公司的SN65HVD24收發(fā)芯片，它具有較高的共模電壓范圍(一 20～25V)，支持最多256個節(jié)點，高達16kV的ESD，通信速率在500m時最高達3Mbps。為了防止串行通信時外界干擾引入微控制器，在微控制器和RS485通信芯片間加入了光電隔離電路，電路圖見圖3。