西門子EM AR04模塊
SIEMENS潯之漫智控技術(shù)(上海)有限公司
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1 控制器的組成結(jié)構(gòu) 水下航行器控制器由MCU較小系統(tǒng)(JTAG電路、復(fù)位電路)、外擴(kuò)Flash存儲(chǔ)模塊、I/O接口、隔離電路模塊、通訊電路等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個(gè)控制器包含4大部分，**是MCU較小控制系統(tǒng)，包括復(fù)位電路和JTAG調(diào)試電路。**是數(shù)據(jù)采集部分，I/O接口和RS2 32串行接口用于與水下各種傳感器相連接，收集傳感器發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并傳輸至MCU進(jìn)行分析融合。有的傳感器送出的是模擬形式的信號(hào)，還要使用AD/DA轉(zhuǎn)換模塊加以轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入處理*。數(shù)據(jù)采集部分還包括一個(gè)溫度數(shù)據(jù)收集電路，用作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。三是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，主要用于存儲(chǔ)和輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在水下航行器運(yùn)行過(guò)程中記錄航行數(shù)據(jù)，也可用于調(diào)試目的。四是通訊部分，主要包括CAN總線接口電路，用于與其他節(jié)點(diǎn)之間互相傳輸被控過(guò)程的數(shù)據(jù)和其他控制命令。2 MCU較小控制系統(tǒng) 文中采用基于ARM7-TDMI架構(gòu)的NXP2478嵌入式微控制器作為主控計(jì)算機(jī)。NXP2478以ARM7為內(nèi)核，它包括一個(gè)10/100以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器(MAC)、1個(gè)帶4 kB終端RAM的USB全速設(shè)備/主機(jī)/OTG控制器、4個(gè)UART、兩路CAN通道、1個(gè)SPI接口、兩個(gè)同步串行端口、3個(gè)I2C接口和1個(gè)I2S接口。同時(shí)還帶有一個(gè)4 MHz的片內(nèi)振蕩器、98 kB RAM，以及一個(gè)外部存儲(chǔ)器控制器來(lái)支持上述的各種串行通信接口。以NXP2478為**的較小系統(tǒng)主要包括電源模塊、復(fù)位電路和JTAG模塊，電源模塊實(shí)現(xiàn)2個(gè)功能：1)電壓轉(zhuǎn)換功能，將輸入為5 V電平的電壓降至NXP2478的3.3 V工作電壓。2)穩(wěn)壓穩(wěn)流功能，微控制器需要紋波比較小的穩(wěn)定電壓供電，電壓如果突然下降往往會(huì)引起程序的跑飛，因此，必須要有專門的電路來(lái)穩(wěn)定工作電壓。一般通過(guò)并聯(lián)大電阻來(lái)穩(wěn)定工作電壓。復(fù)位電路則可以采用自帶看門狗功能的復(fù)位芯片來(lái)完成。主要實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位、掉電復(fù)位、人工復(fù)位等功能?？撮T狗電路可以在程序跑飛時(shí)提供自動(dòng)復(fù)位的保護(hù)措施。JTAG電路主要實(shí)現(xiàn)程序的在線仿真和燒寫功能。3 數(shù)據(jù)采集電路 數(shù)據(jù)采集是指從傳感器中**現(xiàn)場(chǎng)信息的過(guò)程。水下航行器控制器所用到的主要是GPS、MTI姿態(tài)傳感器、深度等傳感器。傳感器輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)大多是RS232/485標(biāo)準(zhǔn).有些傳感器的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換。因此數(shù)據(jù)采集電路主要包括RS232/485、I/O接口電路、AD/DA轉(zhuǎn)換電路和隔離電路。NXP2478自身帶有4個(gè)串行端口，其中有一個(gè)為9線制端口，有完整的握手信號(hào)。但這些端口的工作電平為0～3.3 V。而RS232的電壓約為±12 V左右，所以需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，這里采用常用的MAX232芯片。I/O接口電路也需要進(jìn)行兼容電平的轉(zhuǎn)換，外部開(kāi)關(guān)信號(hào)可能電壓幅度比較大，采用隔離芯片既可以保護(hù)外部信號(hào)串?dāng)_對(duì)控制器的影響4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用Nand Flash與微控制器接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。Nand Flash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，在嵌入式系統(tǒng)中的地位和PC機(jī)上的硬盤是類似的。具有容量大、改寫速度快、系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。Nand Flash的接口本質(zhì)上是一個(gè)I/O接口，數(shù)據(jù)總線寬度8bit，沒(méi)有地址總線。CLE和ALE這兩條信號(hào)線用于區(qū)分總線上的數(shù)據(jù)類別。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)Nand Flash設(shè)備數(shù)據(jù)訪問(wèn)的時(shí)候，需要先向Nand Flash設(shè)備發(fā)出相關(guān)的命令和參數(shù)，然后再讀出需要的數(shù)據(jù)。在連接中，注意用NXP2478的地址線A19與A20連接ALE和CLE引腳，這種連接方式必須在配置總線速度的時(shí)候使NXP2478總線速度和Nand Flash時(shí)序相匹配。電路中R/-(-相)引腳和寫保護(hù)引腳直接接上拉電阻。此外還有一種方案是把R/-(-還)引腳與GPIO口相連，主要目的是當(dāng)讀寫Nand Flash操作完成時(shí)，這可以通過(guò)中斷來(lái)判斷一次的讀或者寫完成的時(shí)刻。
1 控制器的組成結(jié)構(gòu) 水下航行器控制器由MCU較小系統(tǒng)(JTAG電路、復(fù)位電路)、外擴(kuò)Flash存儲(chǔ)模塊、I/O接口、隔離電路模塊、通訊電路等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個(gè)控制器包含4大部分，**是MCU較小控制系統(tǒng)，包括復(fù)位電路和JTAG調(diào)試電路。**是數(shù)據(jù)采集部分，I/O接口和RS2 32串行接口用于與水下各種傳感器相連接，收集傳感器發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并傳輸至MCU進(jìn)行分析融合。有的傳感器送出的是模擬形式的信號(hào)，還要使用AD/DA轉(zhuǎn)換模塊加以轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入處理*。數(shù)據(jù)采集部分還包括一個(gè)溫度數(shù)據(jù)收集電路，用作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。三是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，主要用于存儲(chǔ)和輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在水下航行器運(yùn)行過(guò)程中記錄航行數(shù)據(jù)，也可用于調(diào)試目的。四是通訊部分，主要包括CAN總線接口電路，用于與其他節(jié)點(diǎn)之間互相傳輸被控過(guò)程的數(shù)據(jù)和其他控制命令。2 MCU較小控制系統(tǒng) 文中采用基于ARM7-TDMI架構(gòu)的NXP2478嵌入式微控制器作為主控計(jì)算機(jī)。NXP2478以ARM7為內(nèi)核，它包括一個(gè)10/100以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器(MAC)、1個(gè)帶4 kB終端RAM的USB全速設(shè)備/主機(jī)/OTG控制器、4個(gè)UART、兩路CAN通道、1個(gè)SPI接口、兩個(gè)同步串行端口、3個(gè)I2C接口和1個(gè)I2S接口。同時(shí)還帶有一個(gè)4 MHz的片內(nèi)振蕩器、98 kB RAM，以及一個(gè)外部存儲(chǔ)器控制器來(lái)支持上述的各種串行通信接口。以NXP2478為**的較小系統(tǒng)主要包括電源模塊、復(fù)位電路和JTAG模塊，電源模塊實(shí)現(xiàn)2個(gè)功能：1)電壓轉(zhuǎn)換功能，將輸入為5 V電平的電壓降至NXP2478的3.3 V工作電壓。2)穩(wěn)壓穩(wěn)流功能，微控制器需要紋波比較小的穩(wěn)定電壓供電，電壓如果突然下降往往會(huì)引起程序的跑飛，因此，必須要有專門的電路來(lái)穩(wěn)定工作電壓。一般通過(guò)并聯(lián)大電阻來(lái)穩(wěn)定工作電壓。復(fù)位電路則可以采用自帶看門狗功能的復(fù)位芯片來(lái)完成。主要實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位、掉電復(fù)位、人工復(fù)位等功能?？撮T狗電路可以在程序跑飛時(shí)提供自動(dòng)復(fù)位的保護(hù)措施。JTAG電路主要實(shí)現(xiàn)程序的在線仿真和燒寫功能。3 數(shù)據(jù)采集電路 數(shù)據(jù)采集是指從傳感器中**現(xiàn)場(chǎng)信息的過(guò)程。水下航行器控制器所用到的主要是GPS、MTI姿態(tài)傳感器、深度等傳感器。傳感器輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)大多是RS232/485標(biāo)準(zhǔn).有些傳感器的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換。因此數(shù)據(jù)采集電路主要包括RS232/485、I/O接口電路、AD/DA轉(zhuǎn)換電路和隔離電路。NXP2478自身帶有4個(gè)串行端口，其中有一個(gè)為9線制端口，有完整的握手信號(hào)。但這些端口的工作電平為0～3.3 V。而RS232的電壓約為±12 V左右，所以需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片，這里采用常用的MAX232芯片。I/O接口電路也需要進(jìn)行兼容電平的轉(zhuǎn)換，外部開(kāi)關(guān)信號(hào)可能電壓幅度比較大，采用隔離芯片既可以保護(hù)外部信號(hào)串?dāng)_對(duì)控制器的影響4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用Nand Flash與微控制器接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。Nand Flash內(nèi)存是flash內(nèi)存的一種，在嵌入式系統(tǒng)中的地位和PC機(jī)上的硬盤是類似的。具有容量大、改寫速度快、系統(tǒng)掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。Nand Flash的接口本質(zhì)上是一個(gè)I/O接口，數(shù)據(jù)總線寬度8bit，沒(méi)有地址總線。CLE和ALE這兩條信號(hào)線用于區(qū)分總線上的數(shù)據(jù)類別。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)Nand Flash設(shè)備數(shù)據(jù)訪問(wèn)的時(shí)候，需要先向Nand Flash設(shè)備發(fā)出相關(guān)的命令和參數(shù)，然后再讀出需要的數(shù)據(jù)。在連接中，注意用NXP2478的地址線A19與A20連接ALE和CLE引腳，這種連接方式必須在配置總線速度的時(shí)候使NXP2478總線速度和Nand Flash時(shí)序相匹配。電路中R/-(-相)引腳和寫保護(hù)引腳直接接上拉電阻。此外還有一種方案是把R/-(-還)引腳與GPIO口相連，主要目的是當(dāng)讀寫Nand Flash操作完成時(shí)，這可以通過(guò)中斷來(lái)判斷一次的讀或者寫完成的時(shí)刻。 | 
