基于LM3S101的數字采控器設計

0 引言
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì )的進(jìn)步，現場(chǎng)監控系統已越來(lái)越廣泛地應用于金融、交通、商業(yè)、工農業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。數字采控器作為現場(chǎng)監控系統中數字量采集和控制的主要設備，其性能對整個(gè)系統的現場(chǎng)監控工作的穩定性具有十分重要的作用。因此，研制結構簡(jiǎn)單、性能穩定、可靠性高且成本低廉的新型數字采控器具有十分重要的意義。
本文介紹了一種以L(fǎng)uminary公司新推出的、采用ARM Cortex-M3內核的LM3S101微控制器為控制核心，并采用RS-485通信專(zhuān)用器件SP3485進(jìn)行通信接口的設計，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(lái)進(jìn)行并行數字輸入／輸出擴展的數字采控器的設計方法。該數字采控器具有性?xún)r(jià)比高、設計新穎、實(shí)用、抗干擾能力強等特點(diǎn)，可廣泛應用于各種現場(chǎng)監控系統，而且經(jīng)改造后，還可應用于遠程控制系統。

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

數字采控器的主要功能是根據遠程監控中心發(fā)出的現場(chǎng)監控數字量傳感器(如：玻璃破碎監測、遠紅外監測等)狀態(tài)監控命令來(lái)進(jìn)行8路傳感器數字量的狀態(tài)采集，然后將采集到的數字量結果發(fā)送給監控中心；同時(shí)接收來(lái)自遠程監控中心發(fā)送的數字量開(kāi)關(guān)控制命令，進(jìn)行數字量輸出控制，以控制監控現場(chǎng)的監控輔助設備，如：燈光、報警器等。

2 硬件結構
本系統主要由LM3S101 ARM微控制器主控系統、RS485通信接口、通信波特率和本機地址設置電路、8路數字量輸入電路、8路數字量輸出電路等組成。
2．1 LM3S101主控系統
LM3S101 ARM微控制器是Luminary公司推出的一款結構簡(jiǎn)單、性能出眾且帶有ARM Codex－M3處理器內核的32位微控制器。Codex－M3處理器是首個(gè)基于ARMv7M架構，主要針對汽車(chē)車(chē)身系統、工業(yè)控制系統以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等對成本和功耗極端敏感的嵌入式應用領(lǐng)域，是以實(shí)現高系統性能為目的而專(zhuān)門(mén)設計的ARM內核。
LM3S101的最大特點(diǎn)是成本低，性?xún)r(jià)比高。通常在大多數人腦海中的印象是32位微控制器價(jià)格較高，因此在設計低成本嵌入式應用系統時(shí)，常會(huì )自覺(jué)或不自覺(jué)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。因為它的銷(xiāo)售價(jià)格在1美元以下，這就使得在構建同等性能價(jià)格比的應用系統時(shí)，選用32位的LM3S101芯片比選用其它8／16位芯片的成本更低。