基于ARM的嵌入式数据采集系统的研究(17)

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中国农业大学硕士学位论文第三章系统硬件设计

第三章系统硬件设计

本课题的硬件设计分核心板和接口板进行。核心板包括ＡＲＭ处理器、ＦＰＧＡ、存储器、通信接口、编程调试接口等．它完成系统的核心功能；接口板主要用于输入输出信号隔离、ＡＤＣ前端电压调理和其它必要的信号转换。这样可增强系统的灵活性和通用性，降低开发成本。３．１设计原则

嵌入式数据采集系统的硬件设计围绕其功能进行，同时遵循了以下准则：

（１１模块化设计：硬件设计应根据预期实现的功能划分为若干功能模块，尽可能选用模块化结构的典型电路，各模块间的联系力求松散．以便硬件发生故障时的检修。此外，无论是原理图还是ＰＣＢ设计，也应遵守模块化思想。原理图模块化可以使设计思路清晰，查错容易；ＰＣＢ模块化则有利于系统调试和提高可靠性。

（２）可重构原则：ＡＲＭ系列ＣＰＵ大多具有ＪＴＡＧ调试和编程接口，可在系统烧写ＦＬＡＳＨ，这样在不动器件的情况下只需改变存储的程序，就可改变软件系统的功能【１８ｌ。

另外，本系统采用的ＦＰＧＡ具有在系统编程（ＩＳＰ）自ｇ力，因此，当应用对象变化需要改变系统功能时，只需改变ＦＰＧＡ的内部逻辑就可实现ＦＰＧＡ功能的改变，这样可人大增强系统的灵活性。例如，某些应用场合需要外接ＳＰＩ设备时，由于４４１３０自身不带ＳＰＩ接口，这时就可通过逻辑编程把ＦＰＧＡ的部分备用ＩＯ模拟成ＳＰＩ接口。

（３）简化设计：硬件设计时尽可能选用集成电路，少用分立元件，这样有利于提高系统的集成度，减少元器件之间的连线、接点和封装数目，从而大大提高系统工作的可靠性。

（４）防干扰设计：某些应用现场环境比较恶劣，在硬件设计时必须具体分析可能的干扰米源，并采取相应的硬件抗干扰措施来抑制干扰，以增强自身工作的稳定性。

需要说明的是，本系统使用ＦＰＧＡ就是出于原Ｎ－－－和原则三考虑的。

３．２硬件平台结构设计

基于ＡＲＭ的嵌入式数据采集系统硬件结构如图３－１。ＡＲＭ处理器为系统的核心单元，它对采集的各种参数进行运算、分析和显示．并可通过ＲＳ２３２串口或者ＵＳＢ传送给本地Ｐｃ作进一步处理；ＲＳ４８５则可用于与本地带４８５接口的仪表通讯；通过带串口的无线数传电台或网络接口则可实现远程监控。

ＦＰＧＡ作为一个外部协处理器使用，功能类似于８２５５ＦＯ扩展芯片，通过总线和ＡＲＭ处理器连接，它目前主要实现的功能是脉冲计数、键盘扫描、开关量的输入输出及一些简单的组合逻辑。当应用需求发生变化时，对ＦＰＧＡ重新进行编程即可改变其逻辑行为。

下面按数据采集单元的功能组成划分，对各个硬件子系统的设计详细介绍。其中，由于Ａ／Ｄ部分直接使用ＡＲＭ处理器自带的控制器，所以将其并入ＣＰＵ子系统一起介绍：同样，信号隔离部分由于分散在其它子系统中，也没有将它单独列出；而人机交互由于是数据采集和测