基于ARM控制器的滲炭爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

滲碳過(guò)程工件質(zhì)量主要取決于對(duì)溫度的控制，當(dāng)今市場(chǎng)中溫度控制成型的產(chǎn)品均以單片機(jī)為控制器。由于一般單片機(jī)的速度比較慢，更重要的是其ROM和RAM空間比較小，不能運(yùn)行較大程序，而基于多任務(wù)的操作系統(tǒng)需要的任務(wù)堆棧很多，需要的RAM空間很大，故其在發(fā)展上受到了很大限制。其歡在開發(fā)環(huán)境上，DSP需要開發(fā)用的仿真器，其價(jià)格比較貴，因此本設(shè)計(jì)排除了使用DSP。ARM系列的ARM7TDM1核嵌入式處理器目前應(yīng)用得較多，價(jià)格比較低，性價(jià)比較好，還有免費(fèi)的開發(fā)工具ARM SDT，再配以簡(jiǎn)單的JTAG仿真器，就可以運(yùn)行嵌入式開發(fā)，因此本設(shè)計(jì)選用韓國(guó)三星公司的S3C44BOX芯片作為主控制器。

1 Samsung S3C4480X芯片簡(jiǎn)介

Samsung S3C44BOX微處理器采用0.25μm CMOS工藝制造，特別適合應(yīng)用于對(duì)成本和功耗敏感的場(chǎng)合。所有的S3C44BOX都采用新的總線結(jié)構(gòu)——SAMBAⅡ(Samsung ARM CPU嵌入式控制器總線結(jié)構(gòu))。S3C44BOX最突出的特點(diǎn)是其CPU核采用ARM公司的16/32位ARM7TDMI PISC結(jié)構(gòu)(主頻為66MHz，最高可達(dá)75

MHz)。ARM7TDMI系列擴(kuò)充包括Thumb協(xié)處理器、片上ICE中斷調(diào)試支持和32位硬件乘法器。S3C44BOX通過(guò)在ARM7TDMI內(nèi)容的基礎(chǔ)上擴(kuò)展一系列完整的通用外圍器件，使系統(tǒng)費(fèi)用降至最低，免除了增加附加配置的需要。集成的片上功能描述如下：

·在ARMTTDMI的基礎(chǔ)上增加8KB的Cache;

·外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器控制器(FP/EDO/SDRAM控制，片選邏輯);

·LCD控制器(最大支持256色的DSTN)，并帶有一個(gè)專用DMA通道的LCD控制器;

·2個(gè)通用DMA通道，2個(gè)帶外部請(qǐng)求管腳的DMA通道;

·2個(gè)帶有握手協(xié)議的UART，1個(gè)SIO;

·1個(gè)多主機(jī)I2C總線控制器;

·1個(gè)ⅡS總線控制器;

·5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器;

·看門狗定時(shí)器;

·71個(gè)通用可縮程I/O口，8個(gè)外部中斷源;

·功耗控制模式：正常、低、休眠和停止;

·8路10位ADC;

·具有日歷功能的RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘);

·帶PLL的片上時(shí)鐘發(fā)生器。

采用S3C44BOX開發(fā)的通用嵌入式系統(tǒng)原理框圖如圖l所示。

2 爐溫控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

溫度控制系統(tǒng)采用三相可控硅調(diào)電壓法調(diào)節(jié)溫度，整個(gè)系統(tǒng)采用韓國(guó)三星公司的S3C44BOX(16/32位)作為主控制器，并采用Casio的CMD520TTOO-Cl型LED顯示，觸摸屏為阿爾卑斯電氣(Alps E1ectrie)株式會(huì)社的ALPS 9，此外還有一個(gè)通信串口、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器Flash ROM、SDRAM、3個(gè)三相可控硅等。外部CPU晶振為8MHz，系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘為66MHz。系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。

2.1 存儲(chǔ)器

本設(shè)計(jì)中的程序存儲(chǔ)器選擇一片2MB×l6位的Flash(SST39VFl60)和一片4M×l6位的SDRAM(HY57V65160B)。其存儲(chǔ)器電路連接圖如圖3、圖4所示。

如圖3所示，處理器是通過(guò)片選信號(hào)NGCSO與片外Flhsh芯片連接。由于是16位Flash，所以CPU的地址線A1~A20分別與Flash的地址線A0~A19連接。如圖4所示，SDRAM分為4個(gè)Bank，每個(gè)Bank的容量為1M×l6位。Bank的地址由BAl、BA0決定，00對(duì)應(yīng)Bank0，0l對(duì)應(yīng)Bankl，lO對(duì)應(yīng)Bank2，11對(duì)應(yīng)Bank3。在每個(gè)Bank中，分別用行地址脈沖選通RAS和列地址脈沖選通CAS進(jìn)行尋址。本設(shè)計(jì)中還設(shè)置了跳線，可以為用戶將內(nèi)存容量升級(jí)至4×2M×l6位。具體方法：使SDRAM的BAO、BAl分別接至CPU的A21、A22和A23腳。SDRAM由MCU專用SDRAM片選信號(hào)nCS選通。

2.2 串行口接口電路

本設(shè)計(jì)中內(nèi)部數(shù)據(jù)通過(guò)并行總線到達(dá)發(fā)送單元后，進(jìn)入FIFO對(duì)列，然后再?gòu)陌l(fā)送移相器通過(guò)TXDn引腳發(fā)送出去。但是為了與計(jì)算機(jī)通用串行口兼容，還需要使用MAX3232芯片將3.3V的TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成與普通串行口兼容的信號(hào)后，用于與外設(shè)進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)接收的過(guò)程剛好相反，外部串口信號(hào)需先經(jīng)MAX3232做電平轉(zhuǎn)換，然后由RxDn進(jìn)入接收移相器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后放到接收FIFO對(duì)列中，最后到達(dá)數(shù)據(jù)總線，由CPU進(jìn)行處理或直接送到存儲(chǔ)器中(DMA方式下)。串行口接口電路如圖5所示。

2.3 人機(jī)界面顯示設(shè)計(jì)

由于S3C44BOX內(nèi)部有LCD控制器，故選擇不帶驅(qū)動(dòng)器的液晶。本設(shè)計(jì)選擇日本卡西歐(Casio)的CMD520TT00-C1型LCD(STN類型)，256色.5.1英寸，320×240像素，其電源電壓3.3V，因此可直接和S3C44BOX相連。其LCD控制器端口如圖6所示。

觸摸屏選為阿爾卑斯電氣(Alps Electric)株式會(huì)社的ALPS LFUBK909 STN，四線電阻式觸摸屏，320×240點(diǎn)。5.2英寸。其與控制器的端口接線如圖7所示。

2.4 信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)

熱電偶信號(hào)經(jīng)多通道轉(zhuǎn)換開關(guān)4051至由三個(gè)運(yùn)算放大器組成的差動(dòng)放大電路，放大器采用低失調(diào)電壓、電流、高輸入電阻的5G7650。在放大電路部分采用數(shù)字電位器為50kΩ的X9312進(jìn)行多量程轉(zhuǎn)換。差動(dòng)放大電路如圖8所示。

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