基于SH7137嵌入式控制器的研究與開(kāi)發(fā)

摘要：文中針對(duì)工業(yè)控制器的發(fā)展需求，主要面向工業(yè)控制領(lǐng)域構(gòu)建和開(kāi)發(fā)基于瑞薩單片機(jī)和μC／OS-II操作系統(tǒng)的嵌入式控制器。在分析瑞薩單片機(jī)的基礎(chǔ)上，自主開(kāi)發(fā)以瑞薩公司的SH7137芯片為核心的嵌入式控制器硬件平臺(tái)。本嵌入式控制器采用核心板+底板的方式設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)上以SH7137微處理器作為控制器的核心，并設(shè)計(jì)了電源電路、RS232、RS485串行接口和JTAG接口電路、人機(jī)界面電路以及輸入輸出模塊。
關(guān)鍵詞：嵌入式；控制器；瑞薩；嵌入式操作系統(tǒng)；μC／OS-II

現(xiàn)今，工業(yè)控制設(shè)備主要分為兩種：工業(yè)控制機(jī)和可編程控制器(PLC)。工業(yè)控制機(jī)是由通用的微機(jī)推廣應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的。目前，可編程控制器正朝著兩個(gè)方向發(fā)展。一是朝著小型、簡(jiǎn)易、價(jià)格低廉的方向發(fā)展，主要用于單機(jī)控制和規(guī)模比較小的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。二是朝著大型、高速、多功能和多層分布式全自動(dòng)化方向發(fā)展。近幾年來(lái)，不論是工業(yè)控制機(jī)技術(shù)還是可編程控制器技術(shù)向嵌入式領(lǐng)域滲透的步伐逐漸加大，嵌入式的工業(yè)控制器以極小的體積、極低的功耗散熱和軟硬件的可裁剪性，而受到用戶的歡迎，因而具有巨大的應(yīng)用潛力。

1 嵌入式控制器硬件設(shè)計(jì)
本論文所做的基于瑞薩SH7137的嵌入式控制器的設(shè)計(jì)，采用了核心模板(System On Module)+底板的設(shè)計(jì)方式。在設(shè)計(jì)上考慮在工業(yè)控制器的設(shè)計(jì)中既要保留傳統(tǒng)的控制器特點(diǎn)，又要在設(shè)計(jì)中有所開(kāi)發(fā)自身控制器的特色，為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了核心板模塊化的設(shè)計(jì)思想，底板多功能集成。而且核心模塊接口定義統(tǒng)一，可以根據(jù)控制MCU的功能做出不同的核心模塊，例如8位核心模塊、16位控制模塊、32位控制模塊。本控制器采用瑞薩公司生產(chǎn)的32位單位機(jī)，基于SH2核的SH7137單片機(jī)作為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)32位控制模塊。核心模塊是整個(gè)控制器的核心部分，由以單片機(jī)SH7137核心，加上RTC實(shí)時(shí)電路、PC電路和JTAG調(diào)試電路構(gòu)成一個(gè)小系統(tǒng)，通過(guò)總線擴(kuò)展、IO外接等功能模塊構(gòu)成了以單片機(jī)為基礎(chǔ)的復(fù)雜工業(yè)控制系統(tǒng)的核心模塊。核心模塊的組成框圖如圖1所示。

嵌入式控制器的底板主要集成了人機(jī)界面控制(HMI)、通訊模塊、外部總線接口以及輸入輸出(I／O)模塊。底板主要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)核心模塊處理好的信號(hào)通過(guò)底板的輸出模塊或者人機(jī)界面的顯示屏輸出，或者根據(jù)外部輸入信號(hào)通過(guò)底板的輸入模塊或者人機(jī)界面的按鍵輸入到核心模塊進(jìn)行運(yùn)算然后輸出。底板的組成框圖如圖2所示。