1 引言
隨著計算機技術的飛速發(fā)展，在日常生活和生產中，人們要求更精確測量和控制溫度等模擬物理量，不僅滿足工業(yè)現場實時監(jiān)控，上位PC機遙觀、遙測和遙控等，而且要求連-接互聯網，以實現遠程監(jiān)控和訪問數字化、智能化的傳感器功能。
這里提出一種以ARM微控制器為核心，結合CPLD技術的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將溫度傳感器采集的信息A/D轉換后傳輸至微處理器處理，其處理數據再經網絡接121遠程傳輸。或通過RS232串行接口與上位機PC機通信實現分布式溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)硬件設計
該系統(tǒng)設計主要是針對工業(yè)控制領域現場儀器儀表開發(fā)的，其硬件設計框圖如圖1所示，該框圖包括ARM微處理器、電源、監(jiān)控復位、存儲器擴展(RAM、Flash和EEPROM)、人機交換接口(LED)、網絡通信、溫度檢測電路、A／D轉換、 D／A轉換輸出、RS232通信和CPLD控制電路(外圍設備的譯碼、配置，實現系統(tǒng)的硬件軟件化)等模塊。
溫度傳感器測量外部溫度信息，在CPLD的控制下，把A／D轉換后的數字信號送入ARM微處理器中進行處理，同時通過LCD顯示處理信息，由網絡接121 遠程監(jiān)控。當然，現場也可由鍵盤實時人工干預。經ARM微處理器處理的數據通過RS232串口傳送到上位機進行顯示存儲。當然，工作過程中若出現錯誤，會產生聲光報警等。同時，鍵盤還可現場干預設置，處理故障等。
這里ARM微處理器選用ATMEL公司32位的AT91M40800。AT91M40800除具有ARM7TDMI內核外，其內部還集成有許多外圍設備，大量內部寄存器可快速完成中斷處理。由于AT91M40800微處理器通過可編程的EBI與片外存儲器相連，使其具有較快的訪問速度；同時它還具有8個優(yōu)先級向量中斷控制器與外部數據控制器連接，進而提高中斷響應速度。因此，AT91M40800微處理器非常適用于工業(yè)實時控制領域，是嵌入式工業(yè)控制器中處理器的最佳選擇。
2．1 網絡通信接口電路設計
AT91M40800本身無ETHERNET接口，需通過外接以太網控制器實現網絡功能。考慮到性價比，系統(tǒng)選用ReaItek公司生產的RTL8019AS型以太網控制器，外擴一個ETHER，NET接口。RTL8019AS連接電路如圖2所示。
RTL8019AS的JP引腳接VCC使其工作在jumper(配置模式)模式下，以I／O方式進行讀寫操作。NETCS為AT91M40800對 RTL8019AS的片選信號，地址為0x03000300~0x0300031FLED0、LED1各接一只發(fā)光二極管以指示通訊狀態(tài)。
采用10BASE-T布線標準通過雙絞線實現以太網通訊，由于RTL8019AS內置10BASE-T收發(fā)器，所以網絡接口電路較簡單。只需外接一個隔離低通濾波器(LPF)20F-01與外部網絡相連。TPIN±為接收線，TPOUT±為發(fā)送線，經隔離后分別與RJ-45接口的RX±、TX±端相連。
RTL8019AS工作在中斷方式下，當接收到數據包時．NETINT(中斷信號)輸出低電平，并通知處理器讀取數據。CPU啟動遠端DMA，NETCS (片選信號)和NETRD(讀信號)有效，進而從RTL8019AS內部RAM讀取數據。NETRST(復位信號)由控制電路CPLD產生，高電平有效，保證RTL8019AS可靠復位。
2．2 CPLD控制電路
CPLD主要對RTL8019AS以太網控制器、LCD液晶顯示和MAX197的控制電路譯碼，選用Altera公司的CPLDEPM7032A。該器件具有600個可用門，32個宏單元，38個用戶I／O引腳，采用3．3 V CMOS工藝，具有5 V容限輸入。應用MAX+PLUSII開發(fā)平臺，在圖形編輯器中完成所需設計。EPM7032A的內部設計實現如圖3所示。
網絡接口模塊也是該設計重點，其主程序負責完成系統(tǒng)參數的初始化和實時調用任務。主程序采用輪詢方式不斷檢測狀態(tài)字和功能函數返回值，判斷某事件是否發(fā)生，如果發(fā)生就處理該事件，處理完畢后返回主程序，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。網絡接口模塊主程序流程如圖5所示。
程序首先進行系統(tǒng)初始化，分配內存緩沖池用于處理TCP／IP協(xié)議；接著網絡參數初始化；然后依次完成串口、定時器、ARP緩沖和RTL8019AS等的初始化工作；最后由一個while死循環(huán)檢測狀態(tài)字，由各子程序進行相關處理。
4 系統(tǒng)調試
系統(tǒng)調試主要包括硬件調試、軟件調試和系統(tǒng)仿真綜合調試三部分。首先，實驗板接通電源，通過其相應的ARM和CPLD的JTAG接口與計算機并口相連，然后把相應的已編譯、仿真的程序分別下載燒寫到ARM和CPLD中，依次調試各個模塊，基本滿足溫度信號采集、處理等功能，調試后的參數結果符合要求，運行狀態(tài)良好。
5 結束語
以嵌入式系統(tǒng)為研究方向，面向工業(yè)控制領域，以儀器儀表為應用對象，構建并開發(fā)基于ARM和CPLD的嵌入式工業(yè)控制器通用平臺，完成基于ARM處理器的嵌入式工業(yè)控制器的具體設計。系統(tǒng)測試效果良好，性能穩(wěn)定，達到預期的設計目標。基于ARM和CPLD的嵌入式工業(yè)控制器通用平臺具有廣闊的應用前景，可廣泛用于工農業(yè)檢測、智能控制等控制領域，為以后系統(tǒng)升級提供有益參考。