基于LM3S101的數(shù)字采控器設(shè)計(jì)

0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)已越來越廣泛地應(yīng)用于金融、交通、商業(yè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。數(shù)字采控器作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)字量采集和控制的主要設(shè)備，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作的穩(wěn)定性具有十分重要的作用。因此，研制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠性高且成本低廉的新型數(shù)字采控器具有十分重要的意義。
本文介紹了一種以Luminary公司新推出的、采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的LM3S101微控制器為控制核心，并采用RS-485通信專用器件SP3485進(jìn)行通信接口的設(shè)計(jì)，由串行輸入／并行輸出8位移位寄存器74HC164和并行輸入／串行輸出8位移位寄存器74HC165來進(jìn)行并行數(shù)字輸入／輸出擴(kuò)展的數(shù)字采控器的設(shè)計(jì)方法。該數(shù)字采控器具有性價(jià)比高、設(shè)計(jì)新穎、實(shí)用、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，而且經(jīng)改造后，還可應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體工作原理
本數(shù)字采控器硬件以LM3S101 ARM微控制器為控制核心，主要實(shí)現(xiàn)RS485通信、波特率設(shè)置、本機(jī)地址設(shè)置、8路數(shù)字量采集和8路數(shù)字量控制等功能。其系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示。

數(shù)字采控器的主要功能是根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)出的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)字量傳感器(如：玻璃破碎監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)紅外監(jiān)測(cè)等)狀態(tài)監(jiān)控命令來進(jìn)行8路傳感器數(shù)字量的狀態(tài)采集，然后將采集到的數(shù)字量結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控中心；同時(shí)接收來自遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送的數(shù)字量開關(guān)控制命令，進(jìn)行數(shù)字量輸出控制，以控制監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控輔助設(shè)備，如：燈光、報(bào)警器等。

2 硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要由LM3S101 ARM微控制器主控系統(tǒng)、RS485通信接口、通信波特率和本機(jī)地址設(shè)置電路、8路數(shù)字量輸入電路、8路數(shù)字量輸出電路等組成。
2．1 LM3S101主控系統(tǒng)
LM3S101 ARM微控制器是Luminary公司推出的一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能出眾且?guī)в蠥RM Codex－M3處理器內(nèi)核的32位微控制器。Codex－M3處理器是首個(gè)基于ARMv7M架構(gòu)，主要針對(duì)汽車車身系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等對(duì)成本和功耗極端敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，是以實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)性能為目的而專門設(shè)計(jì)的ARM內(nèi)核。
LM3S101的最大特點(diǎn)是成本低，性價(jià)比高。通常在大多數(shù)人腦海中的印象是32位微控制器價(jià)格較高，因此在設(shè)計(jì)低成本嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，常會(huì)自覺或不自覺地首選8／16位的微控制器，而LM3S101微控制器芯片的面世徹底改變了這種狀況。因?yàn)樗匿N售價(jià)格在1美元以下，這就使得在構(gòu)建同等性能價(jià)格比的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，選用32位的LM3S101芯片比選用其它8／16位芯片的成本更低。