基于arm和cpld技术的的温度控制器

1引言随着计算机技术的飞速发展，在日常生活和生产中，人们要求更精确测量和控制温度等模拟物理量，不仅满足工业现场实时监控，上位PC机遥观、遥测和遥控等，而且要求连-接互联网，以实现远程监控和访问数字化、智能化的传感器功能。这里提出一种以ARM微控制器为核心，结合CPLD技术的温度控制系统。该系统将温度传感器采集的信息A/D转换后传输至微处理器处理，其处理数据再经网络接121远程传输。或通过RS232串行接口与上位机PC机通信实现分布式温度监控系统。2系统硬件设计该系统设计主要是针对工业控制领域现场仪器仪表开发的，其硬件设计框图如图1所示，该框图包括ARM微处理器、电源、监控复位、存储器扩展(RAM、Flash和EEPROM)、人机交换接口(LED)、网络通信、温度检测电路、A／D转换、D／A转换输出、RS232通信和CPLD控制电路(外围设备的译码、配置，实现系统的硬件软件化)等模块。温度传感器测量外部温度信息，在CPLD的控制下，把A／D转换后的数字信号送入ARM微处理器中进行处理，同时通过LCD显示处理信息，由网络接121远程监控。当然，现场也可由键盘实时人工干预。经ARM微处理器处理的数据通过RS232串口传送到上位机进行显示存储。当然，工作过程中若出现错误，会产生声光报警等。同时，键盘还可现场干预设置，处理故障等。这里ARM微处理器选用ATMEL公司32位的AT91M40800。AT91M40800除具有ARM7TDMI内核外，其内部还集成有许多外围设备，大量内部寄存器可快速完成中断处理。由于AT91M40800微处理器通过可编程的EBI与片外存储器相连，使其具有较快的访问速度；同时它还具有8个优先级向量中断控制器与外部数据控制器连接，进而提高中断响应速度。因此，AT91M40800微处理器非常适用于工业实时控制领域，是嵌入式工业控制器中处理器的最佳选择。2．1网络通信接口电路设计AT91M40800本身无ETHERNET接口，需通过外接以太网控制器实现网络功能。考虑到性价比，系统选用ReaItek公司生产的RTL8019AS型以太网控制器，外扩一个ETHER，NET接口。RTL8019AS连接电路如图2所示。RTL8019AS的JP引脚接VCC使其工作在jumper(配置模式)模式下，以I／O方式进行读写操作。NETCS为AT91M40800对RTL8019AS的片选信号，地址为0x03000300~0x0300031FLED0、LED1各接一只发光二极管以指示通讯状态。采用10BASE-T布线标准通过双绞线实现以太网通讯，由于RTL8019AS内置10BASE-T收发器，所以网络接口电路较简单。只需外接一个隔离低通滤波器(LPF)20F-01与外部网络相连。TPIN±为接收线，TPOUT±为发送线，经隔离后分别与RJ-45接口的RX±、TX±端相连。RTL8019AS工作在中断方式下，当接收到数据包时．NETINT(中断信号)输出低电平，并通知处理器读取数据。CPU启动远端DMA，NETCS(片选信号)和NETRD(读信号)有效，进而从RTL8019AS内部RAM读取数据。NETRST(复位信号)由控制电路CPLD产生，高电平有效，保证RTL8019AS可靠复位。2．2CPLD控制电路CPLD主要对RTL8019AS以太网控制器、LCD液晶显示和MAX197的控制电路译码，选用Altera公司的CPLDEPM7032A。该器件具有600个可用门，32个宏单元，38个用户I／O引脚，采用3．3VCMOS工艺，具有5V容限输入。应用MAX+PLUSII开发平台，在图形编辑器中完成所需设计。EPM7032A的内部设计实现如图3所示。络接口模块也是该设计重点，其主程序负责完成系统参数的初始化和实时调用任务。主程序采用轮询方式不断检测状态字和功能函数返回值，判断某事件是否发生，如果发生就处理该事件，处理完毕后返回主程序，继续执行后面的程序。网络接口模块主程序流程如图5所示。程序首先进行系统初始化，分配内存缓冲池用于处理TCP／IP协议；接着网络参数初始化；然后依次完成串口、定时器、ARP缓冲和RTL8019AS等的初始化工作；最后由一个while死循环检测状态字，由各子程序进行相关处理。4系统调试系统调试主要包括硬件调试、软件调试和系统仿真综合调试三部分。首先，实验板接通电源，通过其相应的ARM和CPLD的JTAG接口与计算机并口相连，然后把相应的已编译、仿真的程序分别下载烧写到ARM和CPLD中，依次调试各个模块，基本满足温度信号采集、处理等功能，调试后的参数结果符合要求，运行状态良好。5结束语以嵌入式系统为研究方向，面向工业控制领域，以仪器仪表为应用对象，构建并开发基于ARM和CPLD的嵌入式工业控制器通用平台，完成基于ARM处理器的嵌入式工业控制器的具体设计。系统测试效果良好，性能稳定，达到预期的设计目标。基于ARM和CPLD的嵌入式工业控制器通用平台具有广阔的应用前景，可广泛用于工农业检测、智能控制等控制领域，为以后系统升级提供有益参考。