基于A(yíng)RM7的軌道檢測儀的嵌入式系統設計

　　3.2 高效率電源管理

　　電源管理是電池供的電便攜式設備的關(guān)鍵部分，使用低功耗器件和提高電源管理效率是延長(cháng)系統連續工作時(shí)間的兩個(gè)重要手段。設計中根據用電器的特征和成本上的考慮做出如圖3所示的供電方案。

　　圖3系統電源方案　Fig. 3 Scheme of power supply

　　DC-DC電源的效率雖高，但紋波系數較大，不適合模擬電路的供電;線(xiàn)性穩壓器雖然穩壓效果好，但是效率低，且只能降壓。AD轉換器工作電流很小且對電源穩定性要求高，故直接使用線(xiàn)性穩壓器給其供電，而數字部分都采用DC-DC電源，對于處理器所需的多電壓，也采用線(xiàn)性穩壓器，由此帶來(lái)的功率損耗還可接受。傳感器所需的正負電壓需要通過(guò)DC-DC的升壓和反轉才能得到，為了消除其紋波的影響同時(shí)使用了線(xiàn)性穩壓器。對于功率較大的液晶屏背光和打印機則使用單獨的DC-DC，并由處理器控制。同時(shí)DC-DC對負載大幅度波動(dòng)的適應不是很好，打印機的機頭產(chǎn)生的功耗是間歇性的，瞬時(shí)功率很高，因此DC-DC需要有足夠的功率裕度。

　　此電源方案在實(shí)踐中取得了良好的效果，系統在關(guān)閉背光和打印機的情況下，12V蓄電池的輸出電流小于120mA。

　　4軟件設計

　　4.1 實(shí)時(shí)數據采集

　　由于數據采集對實(shí)時(shí)性的要求很高，所以軟件的設計沒(méi)有采用操作系統，而是由多個(gè)中斷服務(wù)程序和主程序組成。設計一共用到4個(gè)外部中斷和3個(gè)內部中斷，分別來(lái)自光電編碼器正反向轉動(dòng)、MAX197、CH375、RTC和兩個(gè)定時(shí)器。其中比較重要的兩個(gè)中斷分別來(lái)自光電編碼器和產(chǎn)生采樣頻率的定時(shí)器，前者的特點(diǎn)是頻率較高，可達1KHz，且不能丟失，后者的特點(diǎn)是中斷服務(wù)程序的運行時(shí)間長(cháng)，需要完成濾波運算，因此要求中斷是可嵌套的。ARM處理器在硬件上不直接支持中斷服務(wù)程序的嵌套運行[4]，雖然可以通過(guò)軟件的方式實(shí)現，但會(huì )增加額外的運行開(kāi)銷(xiāo)。巧妙的利用ARM的特有的中斷機制就可以解決上述問(wèn)題，ARM提供FIQ和IRQ兩類(lèi)中斷，FIQ中斷到來(lái)時(shí)處理器將運行狀態(tài)轉到FIQ模式下，該模式下?lián)碛袑?zhuān)用的寄存器以減少壓棧帶來(lái)的時(shí)間的損耗，IRQ類(lèi)似，但專(zhuān)用寄存器沒(méi)有FIQ多。因此，當處理器在IRQ模式下運行中斷服務(wù)程序時(shí)，是可以立即響應FIQ中斷的。將光電編碼器產(chǎn)生的中斷作為FIQ類(lèi)型，其他中斷作為IRQ類(lèi)型就可以使每個(gè)中斷得到及時(shí)的響應[5]。