基于ARM微控制LPC2138的分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

分布式控制系統(tǒng)(DistributedControl System，DCS)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測、管理和分散控制的綜合性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前，采用微控制器作為分布控制核心，通過RS485網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，例如，分布式溫室環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)，分布式水下電腦燈控制系統(tǒng)等等。

LPC2138是飛利浦公司推出的基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的微控制器，它具有非常豐富的外圍模塊，強(qiáng)大的處理和控制功能，非常易于構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)。用它構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)，不僅體積小，性價(jià)比高，而且還具有穩(wěn)定可靠、功能強(qiáng)大、開發(fā)周期短等特點(diǎn)。LPC21 38微控制器介紹LPC2138內(nèi)嵌512KB的高速Flash存儲(chǔ)器和32KB的RAM，具有豐富的外設(shè)資源：2個(gè)32位定時(shí)器(帶捕獲、比較通道)；2個(gè)10位8路ADC；1個(gè)10位DAC；PWM通道；4 7 路GPIO；9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷；具有獨(dú)立電源和時(shí)鐘的RTc；多個(gè)串行接口(UART、I2C、SPI、SSP)。它內(nèi)含向量中斷控制器，可配置中斷優(yōu)先級和向量地址，片內(nèi)Boot裝載程序可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)／在應(yīng)用編程(ISP／IAP)，通過片內(nèi)PLL可實(shí)現(xiàn)60MHz的CPU操作頻率，具有空閑和掉電2種低功耗模式，并且可通過外部中斷喚醒。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在分布式的控制系統(tǒng)中一般采用通用的單片機(jī)作為控制處理的核心，不僅速度慢信息處理能力弱，而且一般需要附加許多外圍電路，例如RAM、ROM、ADC、DAC、看門狗等等。采用ARM微控制器LPC2138為核心的分布式控制系統(tǒng)，通過擴(kuò)展簡單的外圍電路(顯示模塊、中斷鍵盤、RS485模塊)，開發(fā)相應(yīng)的嵌入式程序即可實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的系統(tǒng)，不僅具有較高的系統(tǒng)集成度和穩(wěn)定性，而且開發(fā)周期比較短。本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，包含了OLED顯示、中斷鍵盤、RS485接口和EXT_CON接口(用來功能擴(kuò)展的預(yù)留接口)。

顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)顯示模塊采用OLED顯示模塊VGSl2864E，它是64×128矩陣式單色圖形字符顯示模塊，由于采用有機(jī)發(fā)光技術(shù)，無需背光源，所以與傳統(tǒng)LCD相比在陽光照射下更能呈現(xiàn)清晰的圖像和數(shù)據(jù)。另外它還具有高亮度、高對比度、寬視角、低驅(qū)動(dòng)電壓和高發(fā)光效率等優(yōu)越的特性，較寬的溫度范圍(存儲(chǔ)溫度：-30℃～80℃，工作溫度：-20℃～70℃)也能適應(yīng)更惡劣的環(huán)境。

VGS12864E使用兩片列驅(qū)動(dòng)控制器，內(nèi)嵌64×64顯示數(shù)據(jù)RAM，RAM中每位數(shù)據(jù)對應(yīng)屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗，每個(gè)半屏都被分成了按行的八頁，因?yàn)槊總€(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)按低位(LSB)在上，高位(MSB)在下的結(jié)構(gòu)排列，所以在提取字庫的時(shí)候，需要設(shè)置取字模的方式為：縱向取模，字節(jié)倒序。它與LPC2138的連接如圖2所示。ARM和OLED之間需要加電平轉(zhuǎn)換芯片，本設(shè)計(jì)采用16位雙向電平轉(zhuǎn)換芯片IDT74FCT164245，另外進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換時(shí)需要進(jìn)行方向控制(圖2中DIR即為方向控制腳)。

RS485接口電路設(shè)計(jì)

RS485通信部分采用TI公司的SN65HVD24收發(fā)芯片，它具有較高的共模電壓范圍(一 20～25V)，支持最多256個(gè)節(jié)點(diǎn)，高達(dá)16kV的ESD，通信速率在500m時(shí)最高達(dá)3Mbps。為了防止串行通信時(shí)外界干擾引入微控制器，在微控制器和RS485通信芯片間加入了光電隔離電路，電路圖見圖3。