1 引言

　　在儀器儀表迅速發展的同時，計算機和網絡技術也在迅速發展，PC機已經從高速增長進入到平穩發展時期，單純由PC機帶領電子產業蒸蒸日上的時代己經成為歷史，嵌入式系統的出現和廣泛應用，使計算機和網絡進入了后PC時代。基于嵌入式智能儀表遠程監控系統作為工業控制網絡重要發展方向之一，是工業數據通訊與控制網絡技術、互聯網技術等多種技術共同發展的結果［1］。該項技術的發展與成熟將會給人們的生產生活帶來深遠的影響。

　　2 嵌入式控制器硬件設計

　　控制器的定義：嵌入式控制器以高速處理器為核心，由高速處理器和其他芯片協同工作來控制的電子設備或裝置，能夠完成監視、控制等各種自動化處理任務［4］。嵌入式控制器是系統的核心部分。

　　2.1 系統硬件結構圖

　　圖1 嵌入式控制器系統硬件結構圖

　　嵌入式控制器的系統硬件結構圖見圖1所示。由5V、3.3V和1.8V二種直流電源供電。系統主要由DSP芯片TMS320C5402、256K FLASH存儲器、以太網接口芯片RTL8019AS、 A/D轉換芯片、串口芯片等組成。

　　從嵌入式控制器的系統硬件結構圖以看出嵌入式控制器是嵌入式遠程監控系統的關鍵部分。現場智能儀器儀表可以通過嵌入式控制器的模擬量和數字量接口輸入信號，由控制器內嵌的服務程序，通過以太網或Modem，在遠程由客戶端程序對現場智能儀表進行信號的查看和控制，從而實現智能儀表的遠程監控。

　　2.2 處理器DSP 5402最小系統設計

　　（1）復位電路。同時設計上電復位電路和人工復位電路，當系統運行中出現故障時可方便地人工復位。復位電路一方面應確保復位低電平時間足夠長，保證DSP可靠復位；另一方面應保證穩定性良好，防止DSP誤復位。復位電路采用MAX706R芯片組成自動復位電路。MAX706R是一種能與具有3.3V工作電壓的DSP芯片相匹配的自動復位芯片。該芯片的具體接法如圖2所示。

　　（2）時鐘電路。一般DSP系統中經常使用外部時鐘輸入，因為使用外部時鐘時，時鐘的精度高，穩定性好，使用方便。由于DSP工作是以時鐘為基準，如果時鐘質量不高，那么系統的可靠性、穩定性就很難保證。因此，本系統擬采用外部時鐘源提供時鐘，如圖3所示。將外部的時鐘信號直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，X1引腳懸空。設置CLKMEI=1，CLKMD2=1，CLKMD3=1。復位后使DSP芯片的時鐘為外部晶振頻率的1/2，即2分頻。

　　圖2 系統自動復位電路

　　圖3 時鐘電路

　　（3）系統電源設計。TMS320VC5402芯片采用雙電源供電，DSP的核內電壓和I/O接口電壓分別為1.8V和3.3V， 本系統需要三種電源，電壓為5V、3.3V和1.8V。其中，RTL8019AS網卡芯片和模數轉換電路均采用5V電源供電。DSP的雙電源解決方案采用TPS73HD318實現，輸入的電源電壓為5V，輸出電壓分別為3.3V和1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA。

　　2.3 程序存儲器的擴展

　　FLASH存儲器與EPROM相比，具有更高的性能價格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫、使用方便，并且3.3V的FLASH可以直接與DSP芯片連接。因此，采用FLASH作為程序存儲器存儲程序和一些固定數據是一種比較好的選擇。本系統的程序存儲器選用了一片AT29LV020 FLASH存儲器。此芯片有256K×8的存儲空間，最快讀取速度為100ns。所以在讀取程序時，要使主頻低于10MHz。

　　2.4 接口電路設計

　　（1）模擬量輸入接口。模擬量輸入通道采用了TI公司生產的TLV2544芯片，當與DSP芯片連接時，可用一個幀同步信號FS來控制一個串行數據幀的開始。采用TMS320VC5402提供高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口MCBSP，可用來與串行A/D轉換器直接連接。

　　（2）以太網擴展接口。實現嵌入式智能儀表的遠程監控系統，首要的問題就是要讓智能儀表具有以太網接口。***Realtek公司生產的RTL8019AS以太網接口芯片可以讓嵌入式控制器具有通用計算機的網絡接口。

　　（3）RS-232串行接口設計。RS-232-C并未定義連接器的物理特性，因此存在DB-25， DB-15和DB-9等多種類型的連接器。DSP為了同現場智能儀表的串口相連，我們用MAXIM公司的MAX3111來完成EIA到TTL電路之間的電平和邏輯關系的轉換。

　　（4）RS-485串行通信接口。RS-485是為了適應遠距離、分布式控制系統的需要而制定的一種串行通信總線標準。它支持多節點、遠距離傳輸。RS-485標準采有用平衡式發送，差分式接收的數據收發器來驅動總線。為了擴展終端連接設備的數量，本設計增加了RS-485接口。DSP與RS-485串口的連接使用MAXIM公司的MAX3140UART通信芯片來完成。