基于嵌入式系統的數據記錄分析儀的硬件設計

系統中的1．8 V，是用線(xiàn)性電壓調節器MIC5207根據3．3 V轉換而成的，其原理圖如圖3所示。輸出電壓用于向CPU的內核供電。在上圖中，MIC5207的3腳接到CPU的PWREN管腳，通過(guò)PWREN給MIC5207一個(gè)電平，可以控制MIC5207的開(kāi)關(guān)，從而可以將CPU內核的電源關(guān)閉，使其進(jìn)入掉電狀態(tài)。MIC5207的4腳接入1個(gè)470 pF的旁路電容，其作用在于進(jìn)一步降低噪音。其輸出接入1個(gè)470 pF的濾波電容，進(jìn)一步使輸出更加平穩。
2．2．2 通信模塊的設計
本系統作為一個(gè)多功能的數據記錄顯示儀器，提供485通信與CAN通信與下位機采樣模塊連接。485通信與CAN通信是工業(yè)現場(chǎng)比較常用的2種模塊。另外，系統還配置了以太網(wǎng)通信模塊，便于將數據傳送到上位機進(jìn)行集中監控和管理。下面，就分別進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
1)485通信模塊的設計
485通信模塊原理圖如圖4所示。

常規的485通信模塊由電源隔離，光耦電氣隔離，RS-485總線(xiàn)收發(fā)器與保護器構成。由于地回路的存在，通信回路與地之間存在電勢差，在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合尤為突出。電勢差會(huì )在通信線(xiàn)之間形成共模電壓。由于通信線(xiàn)之間對地阻抗不平衡，共模電壓就會(huì )在通信線(xiàn)之間產(chǎn)生干擾電壓，使通信的可靠性降低，嚴重情況下還會(huì )毀壞通信節點(diǎn)。電源隔離和光耦隔離的作用在于防止此情況發(fā)生，但是加入太多的隔離模塊會(huì )使電路復雜化。在本系統中，采用集成的隔離485收發(fā)器模塊RSM485CHT，它集成了電源隔離，光耦電氣隔離，總線(xiàn)收發(fā)器與總線(xiàn)保護器。這樣降低了系統的復雜程度，又能有效地提高電路的抗干擾能力，傳輸速度和可靠性。還有效地減小了PCB板的面積以及布線(xiàn)的復雜程度。
由于RSM485CHT芯片的TXD．RXD，CON的接口匹配電平是+5 V電平，而CPU的管腳電平是3．3 V，所以需要接入1個(gè)總線(xiàn)電平轉化器74LV42 45A，用來(lái)給3 V器件和5 V器件提供接口。也可以選擇與3．3 V電平匹配的隔離模塊RSM3485CHT。
2)CAN通信模塊的設計
CAN總線(xiàn)由BOSCH公司開(kāi)發(fā)，最先應用于汽車(chē)工業(yè)，為解決現代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線(xiàn)。它是一種多主方式的串行通信總線(xiàn)，有高的位速率，高的抗電磁干擾性，成本低，傳輸效率高，傳輸效率遠，有可靠的錯誤處理和檢錯機制。因為CAN總線(xiàn)有很好的實(shí)時(shí)性能，所以在汽車(chē)工業(yè)，航空工業(yè)，工業(yè)控制，安全防護能領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
CAN總線(xiàn)發(fā)明以來(lái)，出現了許許多多的CAN控制芯片，它們各有優(yōu)勢。本文所采用的控制芯片，是PHILIPS公司的SJA1000T。SJA1000是一種獨立控制器，它增加了一種新的模式，可以支持CAN2．0B協(xié)議。它是82C200的替代品，相比于后者，它各方面的性能都有很大的提高，標識符由原來(lái)的11位擴展到29位，濾波方式由原來(lái)的單一方式改為單濾波和雙濾波2種方式，并且在出錯處理，超載能力，以及接受濾波等方面有了很大的改進(jìn)。
與485通信模塊相同，CAN通信模塊的設計仍然采用隔離模塊CTM1050。CTM1050作為物理總線(xiàn)與CAN控制器之間的接口，用于提高總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送能力與CAN總線(xiàn)的差動(dòng)接受能力。CTM1050則采用了全灌封工藝，內部集成了CAN總線(xiàn)所必需的所有收發(fā)電路，完全電器隔離電路，隔離電壓。很好地實(shí)現了系統的模塊化設計，簡(jiǎn)化了電路的連接與維護。