基于网络化技术的控制系统设计研究

将先进的计算技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用以及与Intemet技术相结合己经成为未来嵌入式系统的发展趋势。这里以A19lRM9200微处理器为CPU，ATmegal28系列单片机，8 MB的Flash和32 MB的SDRAM存储器，扩展了以太网接口、串行接口等外围通信设备以及输入输出接口，根据处理器和其他接口芯片的要求设计了外围硬件电路及软件。实现了用电机控制系统实时监控多路电机的状态，并且可以控制任一路电机的转速与相位，解决了单片机与ARM系列处理器之间的通信。

1 系统硬件设计

1．1 主机硬件系统结构

1)电源电路 AT9lRM9200需要1．8 V和3．3 V电源，另外，大部分外围器件需要3．3 V电源，小部分外围器件还需要5 V电源。此处选用了Sipex公司生产的SPXlll7M3-3．3型低压差(LDO)稳压器和SPXlll7M3-1．8型低压差(LDO)稳压器进行DC-DC变换后为各个器件提供工作电压。

2)晶振电路 如图2所示，晶体振荡电路用于向AT91RM9200和其他需要时钟的外设电路提供工作时钟。本系统使用无源晶体振荡器X1(18. 432 MHz)和X2(32．768 kHz)作为系统的主振荡器和慢时钟振荡器，其中32．768 kHz晶振为系统提供慢时钟，18 MHz晶振通过倍频为系统提供180 MHz的主机时钟

3)AT91RM9200处理器 ATglRM9200是Atmel公司基于ARM920T核的高性能、低功耗16／32位RISC微处理器，其最高主频为180 MHz，其双向、32位外部数据总线支持8、16、32位数据宽度，26位地址总线可以对最大64 MB空间寻址。是系统的工作和控制中心。

4)存储器 存储器模块包括Flash存储器和SRAM存储器2部分。Flash存储器用于存放引导程序、嵌入式操作系统、用户应用程序及重要的数据等，即使掉电程序和数据都不会丢失。设计中采用Intel公司生产的28F640J3A，其存储容量为64 Mb(8 MB)，工作电压为2．7～3．6 V，采用48引脚TSOP封装，16位数据宽度。

SDRAM存储器是系统代码的运行场所，存放系统运行时的程序和数据，但掉电后该部分程序和数据会丢失。设计中使用2片数据宽度为16位的SDRAM并行运行作为1个32位数据宽度的SDRAM模块，如图3所示。

使用的SDRAM电路为Hynix公司的HY57V651620BTC，其工作电压为3．3 V，单片存储容量为4组x16 Mb，54引脚TSOP封装，兼容LVTTL电平接口，支持自动刷新和自刷新。

5)网络端口 采用DAVICOM公司的DM9161作为以太网的物理层接口。通过这个接口可以控制和配置很多物理层设备，得到状态和错误信息，并且确定PHY设备的工作方式和功能。将DM9161的REF_CLK端接至50 MHz晶振的输出端；DM9161的TXD1，TXD2，TXEN，RXD1，BXD2端接至AT9lRM9200的ETXO，ETXI，ETXEN，ERXO，ERXI；DM9161的EXESEN，COL，PWRDWN端分别通过10 kΩ电阻接高电平，BGRESG，BGRES之间接6．8 kΩ电阻；将DM9161的RXEXDV，RXER，RESET，MDC，MDIO端接至AT9lRM9200的ECRS，ERXER，NRST，EMDIO均连接发光二极管，DM9161的TX+，TX-，RX+，EMDC，FDX，SPEED，LINKRX连接网络隔离变压器。

6)串行接口 用于AT9lRM9200系统短距离双向串行通信。使用的电平转换电路为Sipex公司双产的SP3232E。本系统包含1个UART接口，它是两线调试串口，用来连接到超级终端观察AT91RM9200的启动，完成与PC的通信调试。其原理图如图4所示。

1．2 从机硬件设计

1)ATmega128单片机 ATMEL公司的AVR单片机是增强型RISC内载Flash的单片机，128 K字节的系统内可编程Flash(在写入过程中还具有读取能力，即RWW)、4 K字节的EEPROM、4 K字节的SRAM、53个通用I／O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器／计数器(T／C)、2个USART、面向字节的两线接口TWI、8通道10位ADC(具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEEll49．1规范兼容的JTAG测试接口，以及6种可以通过软件选择的省电模式。

2)系统控制和复位 复位时所有的I／O寄存器都被设置为初始值，程序从复位向量处开始执行。复位向量处的指令必须是绝对跳转JMP指令，以使程序跳转到复位处理例程。如果程序永远不会使能中断，则中断向量可以由一般的程序代码所覆盖。

图5为复位逻辑的电路图。复位源生效时I／O端口立即复位为初始值，不需要任何时钟的辅助。当所有的复位信号消失之后，延迟计数器被激活，从而延长了内部复位，并使得在MCU正常工作之前电源达到稳定的电平。延迟计数器的溢出时间通过熔丝位CKSEL由用户设定。

3)I／O端口 作为通用数字I／O使用时，所有AVRI／O端口都具有真正的读-修改-写功能。输出缓冲器具有对称的驱动能力，可以输出或吸收大电流，直接驱动LED。

4)SPI串行外设接口 串行外设接口SPI允许ATmegal28和外设之间进行高速的同步数据传输。主机和从机之间的SPI连接如图6所示。