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366电子电路网为您提供的基于ARM和CPLD的温度控制器的设计,您可免费阅读,还有丰富的电子电子电路图下载,是电子工程师所喜爱电子资料网站。
      1 引言

  随着计算机技术的飞速发展,在日常生活和生产中,人们要求更精确测量和控制温度等模拟物理量,不仅满足工业现场实时监控,上位PC机遥观、遥测和遥控等,而且要求连-接互联网,以实现远程监控和访问数字化、智能化的传感器功能。

  这里提出一种以ARM微控制器为核心,结合CPLD技术的温度控制系统。该系统将温度传感器采集的信息A/D转换后传输至微处理器处理,其处理数据再经网络接121远程传输。或通过RS232串行接口与上位机PC机通信实现分布式温度监控系统。

  2 系统硬件设计

  该系统设计主要是针对工业控制领域现场仪器仪表开发的,其硬件设计框图如图1所示,该框图包括ARM微处理器、电源、监控复位、存储器扩展(RAM、Flash和EEPROM)、人机交换接口(LED)、网络通信、温度检测电路、A/D转换、 D/A转换输出、RS232通信和CPLD控制电路(外围设备的译码、配置,实现系统的硬件软件化)等模块。

硬件设计框图

  温度传感器测量外部温度信息,在CPLD的控制下,把A/D转换后的数字信号送入ARM微处理器中进行处理,同时通过LCD显示处理信息,由网络接121 远程监控。当然,现场也可由键盘实时人工干预。经ARM微处理器处理的数据通过RS232串口传送到上位机进行显示存储。当然,工作过程中若出现错误,会产生声光报警等。同时,键盘还可现场干预设置,处理故障等。

  这里ARM微处理器选用ATMEL公司32位的AT91M40800。AT91M40800除具有ARM7TDMI内核外,其内部还集成有许多外围设备,大量内部寄存器可快速完成中断处理。由于AT91M40800微处理器通过可编程的EBI与片外存储器相连,使其具有较快的访问速度;同时它还具有8个优先级向量中断控制器与外部数据控制器连接,进而提高中断响应速度。因此,AT91M40800微处理器非常适用于工业实时控制领域,是嵌入式工业控制器中处理器的最佳选择。

  2.1 网络通信接口电路设计

  AT91M40800本身无ETHERNET接口,需通过外接以太网控制器实现网络功能。考虑到性价比,系统选用ReaItek公司生产的RTL8019AS型以太网控制器,外扩一个ETHER,NET接口。RTL8019AS连接电路如图2所示。

RTL8019AS连接电路

  RTL8019AS的JP引脚接VCC使其工作在jumper(配置模式)模式下,以I/O方式进行读写操作。NETCS为AT91M40800对 RTL8019AS的片选信号,地址为0x03000300~0x0300031FLED0、LED1各接一只发光二极管以指示通讯状态。 <Script type=text/javascript>function ImgZoom(Id)//重新设置图片大小 防止撑破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w< m){return;} else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i

采用10BASE-T布线标准通过双绞线实现以太网通讯,由于RTL8019AS内置10BASE-T收发器,所以网络接口电路较简单。只需外接一个隔离低通滤波器(LPF)20F-01与外部网络相连。TPIN±为接收线,TPOUT±为发送线,经隔离后分别与RJ-45接口的RX±、TX±端相连。

  RTL8019AS工作在中断方式下,当接收到数据包时.NETINT(中断信号)输出低电平,并通知处理器读取数据。CPU启动远端DMA,NETCS (片选信号)和NETRD(读信号)有效,进而从RTL8019AS内部RAM读取数据。NETRST(复位信号)由控制电路CPLD产生,高电平有效,保证RTL8019AS可靠复位。

  2.2 CPLD控制电路

  CPLD主要对RTL8019AS以太网控制器、LCD液晶显示和MAX197的控制电路译码,选用Altera公司的CPLDEPM7032A。该器件具有600个可用门,32个宏单元,38个用户I/O引脚,采用3.3 V CMOS工艺,具有5 V容限输入。应用MAX+PLUSII开发平台,在图形编辑器中完成所需设计。EPM7032A的内部设计实现如图3所示。

EPM7032A的内部设计实现

  网络接口模块也是该设计重点,其主程序负责完成系统参数的初始化和实时调用任务。主程序采用轮询方式不断检测状态字和功能函数返回值,判断某事件是否发生,如果发生就处理该事件,处理完毕后返回主程序,继续执行后面的程序。网络接口模块主程序流程如图5所示。

系统软件流程 <Script type=text/javascript> function ImgZoom(Id)//重新设置图片大小 防止撑破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w < m){return;} else{ var h = $(Id).height; $(Id).height = parseInt(h*m/w); $(Id).width = m; } } window.onload = function() { var Imgs = $("content").getElementsByTagName("img"); var i=0; for(;i

网络接口模块主程序流程

  程序首先进行系统初始化,分配内存缓冲池用于处理TCP/IP协议;接着网络参数初始化;然后依次完成串口、定时器、ARP缓冲和RTL8019AS等的初始化工作;最后由一个while死循环检测状态字,由各子程序进行相关处理。

  4 系统调试

  系统调试主要包括硬件调试、软件调试和系统仿真综合调试三部分。首先,电路板接通电源,通过其相应的ARM和CPLD的JTAG接口与计算机并口相连,然后把相应的已编译、仿真的程序分别下载烧写到ARM和CPLD中,依次调试各个模块,基本满足温度信号采集、处理等功能,调试后的参数结果符合要求,运行状态良好。

  5 结束语

  以嵌入式系统为研究方向,面向工业控制领域,以仪器仪表为应用对象,构建并开发基于ARM和CPLD的嵌入式工业控制器通用平台,完成基于ARM处理器的嵌入式工业控制器的具体设计。系统测试效果良好,性能稳定,达到预期的设计目标。基于ARM和CPLD的嵌入式工业控制器通用平台具有广阔的应用前景,可广泛用于工农业检测、智能控制等控制领域,为以后系统升级提供有益参考。

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