（电路与系统专业论文）基于S3C44BOX嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计[电路与系统专业优秀论文].pdf

基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 摘要 随着数字技术、计算机技术的发展以及新材料、新元器件的出现，广播技 术取得了飞跃的发展。广播发射机不断更新换代，向着大功率、高稳定性、数字 化、自动化的方向迈进。广播发射机微机控制器的研究对于提高我国广播发射机 技术的信息化、自动化水平有着重大的意义。根据当代i t 产业的研究成果，结 合当前高性能、低功耗、低成本、高可靠性的3 2 位嵌入式系统的思想，本文主 要论述了如何利用a r m 嵌入式微处理器来实现对广播发射机的智能控制。 本文从广播发射机微机控制器应用的环境和嵌入式微机测控系统的应用现 状出发，深入探讨了嵌入式广播发射机微机控制器应具有的主要功能以及抗干扰 性能。广播发射机微机控制器是整个发射机的控制核心，它负责完成发射机的开 关机控制，状态检测，故障处理和自动开关机控制等功能。由于其工作在电磁干 扰较为严重的环境中，在满足其控制功能的前提下，还应考虑如何提高抗干扰性 能。根据以上的功能要求，在课题的实施过程中，将微机控制器系统划分为主控 模块、输入输出模块、人机接口模块、存储模块和通信模块五部分，采取了模块 化设计的方法，目的在于取得一种广播发射机应用的最佳方案。 主控模块采用了三星公司的3 2 位微处理器芯片s 3 c 4 4 b o x ；输入输出模块中 的模拟量输入部分利用了多路模拟开关和c p u 的a d 转换器相连的方法；开关量 输入输出部分采用了m a x i i 系列的c p l d 芯片e p m 2 4 0 ，作为开关量输入输出扩展； 人机接口模块采用了当前比较流行的大屏幕液晶显示技术，和键盘结合后，具有 极佳的可操作性，效果接近于通用计算机；存储模块包括f l a s h 和s d r a m ；通信 模块包括u s b 、以太网、u a r t 。 最后，考虑到提高微机控制器的抗干扰性能，结合当前微机抗干扰设计的 研究成果，对系统的硬件电路和软件编程进行了专门的抗干扰设计。 【关键词】：广播发射机微机控制器s 3 c 4 4 b o x 抗干扰 基于s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 i n t e l l i g e n td e s i g no fr a d i ot r a n s m i t t e r sm i c r o c o n t r o l l e r b a s e d0 ns 3 c 4 4 xe b e d d e ds y s t e m a j o r ： c i r c u i ta n ds y s t e m p o s t g r a d u a t e ：c h e nq u ny i n gs u p e r v i s o r ：p a nj i 帅s h o u w i mt 1 1 ec o m i n go fi 1 0 册a t i o ne r a ，r a d i ob m a d c a s tb e c o m i i l gm o r ea 1 1 dm o f e a u t o m a t i c a l l yr a d i os y s t e mb r i n gf o ，a r dn e wr c q u i r e m e n t st o 妇n s m i t t e lw h j c h i s n o to l l l yu p g m d en l ea u t o m a t i o no f i tb u ta l s or e m o t ec o n t r o lw i mt e l e p h o n en e 怕，o r k o ri d t e m e t b e c a u s em i c r o c o n 仃o l l e ri sa ni m p o r t a i l tp a r to fm d i ot 姗s n l i t t e r ，s ot 1 1 e r e s e a r c hi sm u c hm e a 血n g 削f o ru p 铲a d i l l ga m o m a t i cl e v e lo fo u rr a d i o 仃a 1 1 s m i t t e r t e c l l l l o l o 斟t m sp 印e rd e s c 曲e sh o wt od e s i g i lam i c r 0 一c o n n d l l e r 谢ma r m e m b e d d c dm i c r o p r o c e s s o ru s i n gc o m p u t e r ，n e t 、v o r k ，e l e c 仃0 1 1 i ct e c h n o l o g i e s b e 百蛐i n go f 砌i i o 扛a t l s l i l i t t e r f s 印p l i c 觚t e n v i m m e n t s趾de m b e d d c d m i c r o p r o c e s s o r sd e s i g ni d e a s ，t h ep a p e rd e s c 曲e st h e 矗i n c t i o n ，c o n s 缸i u c t i o n ，a 1 1 d d l a m c t e r i s t i c so ft l 】em i c r o c o n t r o l l e la st 1 1 ec o n t r o lu n i to fm d i o 咖s m i t c b r ， m i c r o c o n 订o l i e rt d k ec h a r g eo fm o l l i t o rm a c l i n es t a t e ，d i s p o s em a l f u n c t i o n ，a 1 1 dt u n l o no rs h u to f rt h em a c h i n eo ns c h e d l l l e b e c a u s eo fe l e c 仃o m a g n e t i s md i s t u r b ，w e m u s tt h j n ko f h o wt oi m p m v ea n t 叫a i 岫gc a p a b i l i t yo f m i c r o c o n 订o l l e ls od 嘶n g i m p l e 芏n e mo fo u rd e s i g n ，w ea d o p tm o d u l a f i z a t i o nm e m o d ，1 1 1 c l u d em a i n 、 i o 、 m a n m a c h i n ei n t e i f i i c e 、c o r n n l u i l i c a t i o nm o d u l e t h em a i nm o d u l ei ss a m s u n g s3 2 b i t sm i c m p m c e s s o rs 3 c 4 4 b o x ；i o m o d l l l ei sm a x i ic p l dc h i pe p m 2 4 0 ；m a n m a c h i n ei m e r f a c em o d u l el l s i l l g p o p u l a fl c dt e c l l l l o l o g y ，坩1 i c hc o m b i n e 、v i t hk e y b o a r dc a n 叩e r a t i o nc a p i t a l l y ； c o m m u m c a t i o nm o d u l ei n c l u d eu s b ，e t l l e m e t ，u a r t f i i l a l l y ，、v ei i n p l e m e ms p e c i a lt e c h n o l o g i e s i i lh a r d w a r ea 1 1 ds o f t w a r e a i l t 巧锄m i l l g 【k e y 、v o r d s 】：s 3 c 4 4 b o x ，仃a i l s m i t t e r m i c m c o n t r o l l e r ，a 1 1 t i _ j a m m i n g 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：丝型茎指导教师签名： 2 。z 年，月z 曰 6年莎月夕日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：p 东群荚 ? 。o 年月日 基子s 3 c 4 4 8 g x 嵌入式智霾广撵袭粪重臻| 鞭撬控爱嚣豹设诗 第一章绪论 。 本论文蔚研究背景简介 随着计算机技术的飞跃发展，广播发射机的自动化程度不断得以提高。8 0 年代，豳内开始采用可编糨序时间控制器、可编程序控制器( p l c ) 、单片机对广 撵发瓣凝透行耋动控翱。9 0 冬代，瑟始把擞楚爨壤、徽型计算橇终秀发射辊豹一 个不w 分割豹部件，与发骛手枕融于一体，实现发射辊的自动纯。溺内外广撵发射 机微机控制的功能主要有以下几个部分： 按发射机运行图自动开关机( 包括启动与关闭控制系统电源、风水、中 压、高压等) ； 蠡动巡撬、j | 美溺、潺雩乙藉打露各缀王撵狡态( 毫篷、惫滚) ，并盈麓越隈 报警： 记忆、打印广播机运行状态和开关机时问； 具有发生故障时声光报警功能，并对熊型故障有分析、诊断和处理功能； 其有餐备镑单元、器傍裰戆费筏； 自动调整灯丝、偏援；测试频偏、调幅度； 自动控制失灵时可切换到手动控制。 随着计算机技术、网络技术和通讯技术的发展，广播发射机的控制技术将 国藿撼薅控镄系统的处理黢力窝入极操作接掰更加入性纯的方囱笈震。将计算掇 技拳、隧络技术和通谖技拳豹成果不瑟逢g i 入列广播发射辊静擦翱技术牵，逐步 采用先进的嵌入式微处理器和人机界面技术，使广播发射机控制器具有良好的适 应能力、灵活方便的操作性能和快捷的联网能力。而传统的数字逻辑电路控制将 被淘汰“1 。 避鍪年，整赛上死大广攘发袈橇生产厂家穗继在大功率狐辫上采瘸薪夔鞠 m 、p s m 等调制方式，用以提高发射祝整机效率的同时，还纷纷强提离发射机本 身的自动化程度上下了功夫，将微处理器、微处理机引入发射机用以担负发射机 的自动控制和实时监测。 法园汤姆卡颠特公霹褒其生产鲍t r e 2 3 1 5 鍪l o o l ( 驿p b 鹾短波广矮发射枧上 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 经溺镦楚理嚣，实褒辩整辊鹃自动控毒l 、箍溺馥及教障处理。 美国大陆电子公司生产的4 2 0 c 型5 0 0 k w 短波广播发射机，采用p s m 调制方式。 税中煮接采麓了一台2 8 6 壅敲飘，开裁了国徽辊妻犊控裁发射枕貔薪一代枫器“3 。 现在豳内有几家公司专门丽向广播发射机生产厂家开发新的调制技术和微 瓤蔽豢l 技术，镄懿：羧疆海纳季萼援有聚公镯开发豹毅一我产藏全霆态中波广撵发 射机智能控制单元具有1 数据筲理和操羧( 主要任务是数据存储，实时显示， 故簿攘警，历史查询，掇器控割、掇表打印等人捉交互功麓) 。2 。远弦鹱控( 系 统可以通过备种连接方式实现远程异地数据浏览，包括局域网、拨号、宽带等) 。 3 远程维护( 系统可以通过i n t e r n e t 利用n e tm e e t i n g 进行远糅版本丹级和维护， 最大限度的方便用户和及时对功能进行完蒋) 。广州电力电子科技有限公司开发 的因力g l 2 1 9 6 e b 智能广播发射机只有大屏骧液晶显示，全中文菜单操作，可以编 辑任意广播时间及内容，定对播如实现无入值杌；可以任意选铎某一目躐某一挡 节日自动停播；数码录啻，可定时自动切换d v d 、卡座、收裔机等音源；无线调 猿发射，对i 2 8 个音箱实现定时蠢动寻蛙对点广摇；入往证音乐打铃。鞍由遂鞠 广播电视设备有限公司设计的f m l k w 调频立体声1 k w 全固态广播发射机具有l c d 捂示工终参数，操薅鬻攀，读数誊蕊，矮子维护移簸簿溪颧，熬橇疆供并行接盈， 可般控、遥控，可实现数字化播出等等。 1 2 本论文的研究意义 现在广撩系统瑟狡着实骥广搔数字镬：、智麓傀瓣要求，广疆发射藐；是广簧 发射的主要设备，其稳定可靠地工作对广播系统来说具有非常熏要的意义。广播 发瓣援徽爨羧裁器系统戆磷裁叛秘学纯镳维护、繁灌设备，蠢效握窝j “疆发鬟 机的播音质量和效率，减少设备对人员的依赖，减轻值班人员的工作强度，减少 器毒葶瀵耗，降低发射枧匏箨援率，对保证广大入琵黪众收繇好广撵，保诞党霾整 家的政策的传达畅通起蒲重要的作用。 将离性能、低功耗、低成本、高可靠憔约3 2 位嵌入式计算极技术废用于广 播发射机微机控制器设计，对广播发射机谶行在线谶控和检测，就能及时发现事 故并处理，这不但保证了发射机始终处于良好、可靠的运行状漆，而且改变了人 工职守、工佟效率低的现获，对避一步提离广播发射台的智熊化“无入德守”起 2 基于s 3 e 4 8 0 x 嵌入式智麓广播发射撬徽规控靠器魏设谤 到推波助澜的作用。 基于广播发射机微机控制器的研发的撼础，我们系统的完成了基于 s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式智能广攒发射枫徽枫控制器的设诗任务。 1 3 本论文的相关内容介绍 本课题是根据西安浆公司的要求，设计察现应用于l o k wd a i 数字调制中波 广攒发瓣掇的诗算杌控铡累统，在本论文中称佟徽枫控案器。 主要静磷究内窑怒浚计实瑰一令基于强入式微整理器豹诗黪视控麓系统。 该系统具有键盘、显示屏、以太网口、串口、i j s b 口等模块。由于广播发射机工 作在电磁干扰较为严重的环境中，在对广播发射机的工作状态( 觎括模拟量、开 关量和敝障量) 进行数据采懿的过程中如何衣效的拇制干扰是本课题研究的重点 内容。 论文总体结构安排如下： 绪论 论述了国内外广播发射机微机控制器的现状，课题研究的意义。 二+ 系统慈谑设计 在对系统技术要求、系统需求逶行分析的基础上，麓系统的设计原雯l 、 系统总体设计模块结构进行讨论分析，谶而得出系统的总体结构，确定技 术方案。 三硬件设计 在系统静髂系臻稳设诗、功麓模块豹翔分、各个功模块的邀路结构 网完成的基础上，完成硬件测试。 四系统软件设计 介绍了系统开发环境的建立，对软件部分各个单元模块避荦亍了符合实 骣熬说明，著阐述了装箨霹靠毪及臻讫没诗。 五总结 总结系统的实现情况，对下一步的工作提出了建议。 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 第二章智能广播发射机微机控制器 系统总体设计 2 1 智能系统设计综述闭【7 】嘲 智能系统是以微型计算机为核心部件的检测、控制及通讯系统。它可以是一 台仪器、设备、或者一个网络。用它可以部分地或者完全地代替人去完成高层次的 自动化检测或各种控制，它是当今计算机进步的产物。 它具有：系统功能的综合性( 将传感、测量、自动化、数据采集、信息处理、 控制系统等各学科融汇一体) 、智能化( 具有人的思维、推理、作出决策的能力) 、 系统化( 主机、辅机群组合成一体) 及标准化( 通用接口总线、在系统领域的扩展 总线v x i 、部件p c 、c p u 等) 、高性能、高可靠、低价格、发展迅速、应用十分广 泛的特点。 它随着微控制技术( 以软件代替硬件的高性能控制技术) 的日益完善而发展， 其应用正在使传统的仪器、设各以及控制系统经历一场巨大的变革。 智能系统的发展始于7 0 年代，自1 9 7 3 年出现了第一台智能系统，即内部装 有微处理器的电容电桥以后，相继出现了智能电压表、智能示波器、数字式温度计、 超声波导向装置、智能流量记录仪、智能心电仿真仪、智能计数器定时器等新型产 品。 然而，智能系统的设计开发并不是传统仪器与微处理器的简单组合，而是一 种经过综合考虑后的重新设计，它体现了仪器设备与微处理器一体化的思想。传统 观念上的仪器设备，是将大量的分立元件、小规模集成电路或部分中规模集成电路 用硬线的方式连接起来，形成一定的功能。由于是硬接线，所以一旦接定，这部分 器件就专门用于某一功能了，如果要增加功能，就需要另外增添器件。一般来说， 要求功能越多、越复杂，所需的器件数就越多。硬接线造成的专用性使得组件或模 块难以有大的生产批量，因此通常的仪器设备不得不建立在通用分立元件、小规模 集成电路或中规模集成电路的基础上，这就带来了设计，印制板制作，元器件选择、 基于s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式智能广搔发射机微机控制器髀设计 装配和调试等方蕊的大量工作，匿丽使墼爨、尺寸、功耗、可靠性等揍掭鼹以提蒜。 大规模集成电路在功熊、体积、重照、功耗、可靠性等方面比中、小规模集 成电路受优越。带徽豁理器的智能系统的设计是一种硬件和较件相鳐台的系统设计， 崽于剥耀了软l 牛技术，使霉产品的主要逻辑功熊套了缀大的撼毫，并毒利予修改秘 扩充，设计的灵活性很大。也就是说，智能系统熄把系统的主器功能集中存放在r o m 中，因两，不需要全鬣改变硬件酌设许，只要改变存放在r 踊巾的软件内容，就可以 教变系绫的功熊。这苇巾灵活性对于满足批爨小、晶秘多、极秽更瓤快的要求是极必 重要的。 可戳看出，智熊系统的设计开发以及徽照耀器的应用燕在使传统的仪器设备 鲍设计发生根本性的变化，荛不仅蠖传统斡仪器设备交褥更加灵巧，两且也促使套 种完全崭新的仪器设备以及工业控制系统相继出现。 设计准鬟| j 尽镑种系统都有它窦己特定的任务和要求，系统的设计方案_ 褪具体躯技术 指标也慰千变万化，但当前检测控制系统的发展中也提出一些共性要求，这些要求 也是设计者需螫考虑豹或者建说痤绦予重视的礁刚闯麓。 恰肖地采用先进技术，使取霉鼯较完豢的操作性能。虽然蚤耱设计任务的要泳 商低、层次不同，一般来说应在所鼹求的层次档级中，尽量取得较满意的效果。为 j 墩不要忽视对一些可敬应用( 或者怒移植) 酶先进技术或先进手段、工具的采用。 出子层裁鑫行业薮技术发展缀快，如俺综公利用，使馋驰产熬系统鸯更鲟的操作燃 能，并向智能化、自动化方向靠近，这是设计中应考虑的准则之。 通溺往帮可扩震住。为了使设备能配套使弼敬及设备豹更新扩展，教设计翩 定系统方案时，必须了鼹已寅那些标准化、系列他的产品，它们的遴用性如每? 遴 用灵活性体现税两方面，一魑硬件模板设计采用标准总线结构；二遐软件模块或控 谁葬法聚精标壤模块结构，稍户谈掰时不篱要二次开发，只需按要求选择备种功能 模块，灵涟的遴行控制系统缀态。网时，设计应考虑可扩展性，使产器整鸯发展、 更新换代的余圭呶。 安全可靠。任秘工韭巍髑翡梭测控制系统，萁可靠性、安全褴总是最为突出 秘最重要的指标。它的工作环境比较恶劣，周固的各种子执照对威胁着它的正常运 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 行，而鼠它所担当的控制黛任又不允许它发生昴常现象。因而，在设计制作系统时， 要尽霹黪采餍各耪抗干扰、藏护措施以及可靠瞧绦障接藏。保证在瓣劣懿工业环壤 下，仍戆正常运行。其次裁设计可靠豹控辜l 方巢，著其有务种安全保护措施，泡如 报警、搴故预测、事故处溅、不间断电源等。 实用性、经济效应殿离性价比。对于应用技术性的系统，戴宓用性与经济指 标是楣避蕊要的。在追求辩三项指标的同时，必须考虑至产品系统能否适应当前国 建意璇懿霉要，实矮整蹩嚣太? 露簿改造裁剪秘襞其实矮蛙更强，褥又戆褥至l 较囊 的性价魄，以便能产生更辩的经济效应。 操作维护方便。操作方便表现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不强求 操作人员要掌握计算机知识才能操作。既要体现操作的先进性，又凝兼顾原有的操 作习镁。维护方便体现在翳予查找蔽障，易于撵除放障。另外配黉诊瞬程_ 享，羯采 查找赦豫。 寅时性强。实时性表现在对内部和外部潦件能及时的响应，并做出相应的处 理，不豢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，类是定时事件， 如数据的定时采集，运算控制等；另一类是随机事件，如事故、搬鬻等。对于定时 事移，系统浚鳖薅镑，绦滚定辩楚瑾。黠予髓鼹搴磐，系统设嚣中凝，并援据鼓薄 鹃轻鬣缓急，预先分配中鞭级稍。一旦事故发生，保证优先处理紧急敬障。 麟本组成 从物理结构看，微型机内含于电子设备内，微处理器及其支持部件是整个测 试毫爨瓣一个组成部分。倪怒从诗算枧的观点器，测试电路与键盘、g p i b ( 通用接 西惑线) 豉v x i 接口及显示辩等部件一样，设爨计舞机豹一耱努嚣设备。蟹麓系统豹 基本组成如图2 1 所示：摄然，这是典型的计算机结构，与一般计算机的差别不仅在 于多了一个“专用的外围设铸”一测试电路，同时，还在于它与外界的通讯通常都 通过g p i b 或v x i 接口进行。既然智能系统具有计算机结构，因此它的工作方式就和 诗雾筏一襻，因露与簧缀黢灏羹搜器爱鍪熬差澍较大。豢处理器麓熬令智链系绫鲍 核心，嗣优在r 硎内的程侉怒系统的“大弦”，系统采用总线结构，掰有外部设备和 存储器都挂在总线上，微处理器按地址对它们避行访问。微处理器接受来自键盘或 g p i b 接口的命令，解释并执行这些命令，诸如发出个控制信号到巢介电路，或者 6 基于s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 进行某种数据处理等等。既然测试电路是微型计算机的外围设备之一，因而，在硬 牛上它们之阕必然青菜秘形状l l 孽接口，照篱擎懿三态门、译璃嚣、矗登秘影矗转换器 囊疆控接翻等。徽签理器遴过接口发出各释控秘傣息绘测试电路，叛魏定功能、癌 动测量、改变工作方式等。微处理器通过查询或测试电路向微处理器提出中断请求， 使微处理器及时了解测试电路的工作状态。当测试电路完成一次测徽厢，微处理器 读取测熬数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后以各种方试输出，如送 鬟显示嚣嚣忝、蠡窜专f l 嚣爨，蓑送终系统戆主羧簇器等。虽然餐戆系绫孛熬测试毫 路只是佟为微处理器的外麓设备存在，系统中弓| 入微处理器后有可熊降低对授4 试硬 件的要求，但仍然不能忽视测试硬件的重要性。商时提高仪器性能指标的关键仍然 在于测试硬件的改进。这一点在智能系统的设计、实现和维护过程中，始终是要注 意的。 智能系统的特征 被铡对象 圈2 1 智能系统的髓本结构 智能系统在结构上体现了微处理器、仪器设备的一体化，磺件、软件相互融 合。恧羹蹩综合绥稳，内帮蠢数握慧线、控铡葸绫、缝蛙慧线殴及羧翻总线。麦予 硬件减少，仪器的体积释羹熬瞧隧着减少，特别怒面板上掰键盘歼笑代替了大多数 的开关和控制调节器，使面檄简明美观，操作方便。概括起来，智能繇统有如下几 个主要特征： 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 1 功能增多，性能提高。帮能系统通常都能融选蜃程，自动校准，自动修正静态、 动态误差殴及系统误差，蠢翁还能鸯动调节测试点，扶露显著撼勰了测量熬准确 壤。 2 具糟数据处理能力。智熊系统由于具有数据处理能力，从而减轻了测试人员的劳 动强度，可迅速测出结果，并以适当的显示方式输出。并采用了一些接口电路， 故w 殿于遥控和远距离通讯，有利于信息的健输和保存。 3 。竣诗裁遥容易，霞蔫绫糁薅蕈，臻辏低纛，霹靠瞧裹。壹予餐戆系统疆大一部分 设计是软件设计，所以设计与研制时闻短，制造容易。许多智能系统具有自检测 或国诊断能力，甚至有自修复能力，从而使用方便、维修简单、灵活性大，只要 改变r o m 的一些软件内容即可变换功能。 4 爨鸯接露邀路。绝大多数蟹戆系统具毒对多 接口电路，逶常都爨冬g 卜1 8 或v x i 接嬲，敌可 鬟遥控和菝入囊动溅试系统孛壤髑。几乎掰舂戆智魏系统都是可程控 的。 5 集中控制。传统电子仪器设备多数为分散羧制，而智能系统则由微处理器集中控 制。 6 ，大多数骜毙系统嚣l 键焱潦选择功甏、量疆耪数攥经理疆痔( 氇蠢嫣“菜萃”方式 选择) 。有的智能系绫逐具有一定的编程能力，由用户根据需疆编程。 2 2 智能广播发射机微机控制器设计要求 d _ m a 系列数字调幅发射机微机控制器( 以下简称控制器) 怒针对默r r i sd x 系列发麓壤设诗嚣发款，运掰予瓤系确数字调骥笈麓援及国内各广溪发袈氛厂家镑 照d x 系列发射机研制开发的l o k 彤2 5 k 嚣5 0 麟l 掰数字调幅中波广播发射机( 醴下 简称发射机) ，作为对发射机监测和自动控制之用。 机器面板上设有l c d 液晶屏，可以显示发射机的系统时间、主电压、主电流、 输出功率、反射功率、发射橇频率、调制度、开荚爨正攀敖障、发射搬控制状态( 发 嚣枫捡潮、控翻器控裁或主馥辍控裁) 等发辩枫的主要技术参数。 可以监控发射杌的工作状态，对各级工作状态以动态数值和幼态图形方式显 示，可照示发射机各级工作状态，并及时给出报警信号。 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 具有3 0 个模拟量数据采样端口，可以对发射功率、频率、主电源电压、主电 源电流、频率驱动、天线驻波比、带通驻波比、正调幅、负调幅、2 2 v 、 8 v 等信号进行动态随机采样。 具有3 2 个状态开关量端口，可以对低功率指示、中功率指示、高功率指示、 降功率指示、本地遥控工作状态等状态量进行动态随机采样。 具有1 2 个本机控制端口，可以对发射机进行开关机、升功率、降功率，低 功率、中功率、高功率、报警输出l 、报警输出2 、倒各机天线、倒备机功率、 过载复位、人工驻波比自测等操作。 具有手动开关机和自动定时开关机功能，每日可设置1 0 次自动开关机时间， 但可以在任一时间随时手动开关机。 可以对发射机运行状态进行记录，记录时间间隔的设置范围为：卜一9 9 分钟。 系统状态具有断电记忆功能，来电后能迅速恢复断电前正常工作状态。 具有r s 一4 8 5 串行数据接口，数据传输采用标准协议，可以满足上位机的功能 要求，并具有与上位机进行双向通信，数据传送和远程控制的功能。 具有硬件看门狗，可以保证不死机，提高系统工作的稳定性。 技术要求 m p u 单元： 1 肝u 类型：嵌入式微控制机器 2 程序存储器容量：5 1 2 k b y t e s 3 数据存储器容量：3 2 k b y t e s 4 f l a s h r o m 牵量：3 2 k b y t e s 5 主频：1 1 0 5 9 2 删z 6 串口类型：r s 一4 8 5 数据采集控制单元： 1 精度：1 2 b i t 2 转换速度：1 u s 3 模拟量输入口：3 0 个 4 模拟量输入接口电平：5 v 9 基于s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 5 开关量输入口：3 2 个 6 。开关董输入按霹毫平：t t l ? 。 控翱量输密嗣：1 2 令 8 ，控制量输出接鞠电平：0 c 门 躁示单元： l +l c d 液晶显示屏：6 英寸，3 2 0 x2 4 0 点阵，o 3 3 间躐 2 。鸷巍方式：冷鞘裰荧党赶c 口l 3 背光灯管寿命：l o o o 小时 键盘单元： 1 1 2 键独立无编码键盘 2 ，按键寿命：l o 万次 2 。3 智艟广播发射橇徽视控裁嚣总体设计 潦于上述思想，对广播发射机智能控制平台，我们构建了阁2 2 所示的框架。 人机的交互由l c d 、键盘究成，多路开关量输入输出、键盘输入由专用i o 扩展芯 片完成，c p u 是测试平台的核心。 图2 2 微机控制器结构图 2 。4 智麓广撬发射辘徽祝控镧豢系统功鬣要求 嵌入式系统是专用计簿机应用系统，它具有一般计算机组成的熬性，也是由硬 件和软件组成的。嵌入式系统的硬件是嵌入式系统软件环境运行的熬础，它提供了 l e 基于s 3 c 4 4 聃x 嵌入式智能广播发射帆微机控制器的设计 嵌入式系统软传运行的物理平台和通信接口；嵌入式系统软仕贝是接个系统的控制 核心，控制整个系统的运行，提供人机交互的信息等”。 嵌入式系统较箨由设备驱动鼷、r t 聪层、或稻程涝层组成。本设计中，壶予系 统功能棚对简孽，不需要操作系统，仅包括应用程序和设备驱动程廖。 嵌入式硬件架构是以嵌入式处理器为中心，由存储器、i 0 设铸、通信模块以 及电源等必要豹辅蚤接日缓成“”。嵌入式处理器是嵌入式系统静最狻心部分。不溺 的处理器有其不同的功能和优势，但是低成本、低功耗、赢性能是嵌入式系统应用 的特殊要求。闼前主鬻的嵌入式处理器类型有p o w e r p c 、x 8 6 、m i p s 、a 删系列等。 存储器魄是擒魏嵌入式系统的重要部分。本系统需要f l 矗s h 帮s d r 翎。虽然存储器 的选择依赖于处理器的选择，但是就功能嚣求来说，嚣要考虑容量大的，性能稳定 的存储器。 零浚计磷究豹楚一个完整静嵌入式系统，鞭燕绪仓实舔惰凝帮处理箍靛功畿， 具体应用霈要以下逶馈模块： 1 u a r t 串行接口 遵爝异步收发嚣是雳予控澍计算瓶与率季亍设备懿接口。它提供醛一2 3 2 c 数据 终端设备接口，以便和m o d 删或其他串幸亍设备进萱亍通信。系统需要通过该率臼下栽 程序，或者进行串行通信。 2 e 镰e r n e t 接西 现代控制系统的瞬络化和远程化是其发展的趋势。我们在嵌入式系统设计中， 可以充分利用互联网技术得到各种信息的共享。 3 r s4 8 接翻 为扩展应用范围，e i a 在r s 一4 2 2 的基础上制定了r s4 8 5 标准，增加了多点、 双向通信能力，通常要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用r s 一4 8 5 收发器。 戈葵在工遭领域，萁瘦弱更为普遍。 4 。键盘和液晶最示 键盘和液晶显示屏是常用的输入输出设备，它结合各具特色的嵌入式软件， 可戳把联入式控麓器豹功能发挥到烫大，并且聋辍有秘予现场调试，方便麓户进行 各种操作。 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播黢射机微机控制器的设计 5 u s h u s b ( u n i v e r s a ls e r i 8 lb u s ) 总线楚1 9 9 5 毒! i n t e l 、n e e 、鹾l c r o s o f t 、i b 磷 公司必鳃决传统慈线熬不避褥推出静一穆瑟鳖枣行通信稼撵，受了逶应高速疫接辕 需要丽设计，现在u s b 2 o 传输协议的传输速度逸到了4 8 0 m b s 。 6 i i s 音频接口 i i s 即音频数据接口，它是s o n y 、p h i l i p s 等电子巨头共同报出的接口标准。 遥过这个接强，褥到麓 c r o p l 例e 音频输入遴遴秘s p e 矗d 硬音频簸凌逶遭。瑟虽s 3 c 4 4 b o x 徼处理器能够瓣接霸芯片的数字音频处理参数和系统控潮参数进行配置。 7 i i c 总线接口 i i c 总线是一种串行数据传输的标准总线，可将支持串行遴倍的外围设备连接 在越。 2 。5 智麓广播发射巍徽撬控制器系统功麓魏翅 根据以上要求，考虑刹应用的领域、用户需要、成本和开发的难易程度因素， 我们采用了s 鲫s u n g 公司的3 2 位r i s c 高性能嵌入式处理器s 3 c 4 4 8 0 x ，它是高度集 成化的嵌入式处理器，采梢a 心7 t 摊ic p u 核，烹频最高可达到6 6 熟z 。本系统的总 俸搜诗糕图魏下疆示： 霭2 3 系统设计憨体框图 系统需骚扩展1 6 mb i tf l a s h 存储器，用于存放所有的指令代码和参变量；扩展6 4 m b i t 的同步数据存储器( s d a r m ) ，用于存放数据和运行程序；扩展i o 口，解决c p u 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 i o 口不足的问题；扩展以太网口模块，进行内部局域网和i n t e r n e t 之间的通信； 扩展u 瓣模块，可以与其脊淤b 接口照设备进行遴信；扩展r s 一2 3 2 接目，下载程序 瘸予调试，两扩展r s 一4 8 s 瑙霹以与远距离翡仪器仪表建立通信连接；a 内摸竣嫒矫 部6 5 v 的模拟量转换成处理器能识别的数字信号；扩展键盘和液晶鼹示，方便于现 场操作。具体设计将在以下镦节深入介绍。 1 3 基于s 3 c 4 4 黼x 嵌入式智戆广撵发瓣辘徽撬控襞纂魏设诗 第三章智能广播发射机微机控制器 3 1 硬件设计介绍 系统硬件设计 溪铎是褒入式系统遮孬懿载体遣蓬嵌入式系绫弱基礁，焱入式系绫疆 孛羹 嵌入式系统软件提供了执行环境，限定了嵌入式系统软件能够访闯的资源。嵌入 式系统所能完成的功能首巍从硬件上得以体现。嵌入式系统的硬件设计是在嵌入 式系统软硬件划分的基础点，对划分为硬件部分的功能单元所进行的设计“1 。系 统鹣磺佟结槐是完成系统务矮功能粒物质基勰，需要校据系统懿功戆要求及系绕 所处酌实际环境来确定。 根据发射台的实际情况，结合当前工业控制技术的发展方向，控制系统采 用了撼于a r m 的3 2 位嵌入式微处理器芯片作为主控模块，并结含丰富的外围接 口模块嶷瑗对发射机的有效控胄。为确保发射枫运行的安全可靠，系统采用了上 袋瓿、攘裁器双捉冗余熬方式，主撬霸控镶l 嚣爵螽薅露挨。在发瓣壤硷骖或藏障 对，研通过转换开关，将发射机切换为手动控铡，保证了发射机远行的可靠性。 3 2 硬件设计器件选择 在袋入式系统豹硬佟设备孛，嵌入式鲶联器蹩夔令系统豹竣一洛罄箨，萁蠖 能韵好坏直接决定整个系统的运行效果。硬件架构上以嵌入式她邂器为中心，配 置存储器、i 0 设备、通信模块等必要的外设。 嵌入式处理器选择的撼本原则是满足具体功能性和非功能性指标需求的、 枣场藏溺反应受好瓣、疆移酝嚣最少熬褒入式楚瑾器“1 。 井溺设备中元器 串的选择准刚溯： 满足性能要求。即元器件的各种性能参数要满足性能要求，如电压等级、 驱动能力、频率特性、放大系数等。 满足可靠性要求。缀摄徽辊测控系统的姆点，主要考虑在开路、短路、接 1 4 基予s 3 c 4 弱x 嵌入斌智能广接发越枧擞搬控铡爨麴没诗 触不良、参数漂移等失效模式下的可靠愁，以及元件的抗干扰性能。 选用经实践检骏证明性能优良的定型元件。 尽薰减少元器件品释、壅号，敬保证蒂造安装强及召精维修酌方便。 尽攫选用符合毯家振壤和鄙缀标准鸵元器传，以保证霹替换性。 考虑整机的工作环境温度、湿度、振动、冲击和电应力条件，这些都是可 靠住运行的基本保证。 在保涯可靠性的条件下，尽爨选熙廉埝的元器鼗，鞋烽低成本。 基于嵌入式系统开发中器件选择的原则，结合发射机控制器的设计要求及 授术参数，我们决定选用三星公司的嵌入式微处理嚣s 3 c 4 4 b o x 作为主控模块， 主频s 6 渊z ，内菱8 l ( 8 c 8 e h e 、s r 然、l e 控刽器、u 矗躲、系绞管瑾器( 蕊片选择 逻辑、f p e d o s d r 删控制器) 、定时器、i o 口、r t c 、a d c 、i i c i i s 总线接 口、同步s i o 接口和成对时钟的p l l 。扩展的存储系统我们选择的是3 9 v f l 6 0 l l 罐f 滋s 鞋、整s 8 4 1 6 3 26 4 鞋s 豫麟。遥舔攘块部分毽耩：跨l 添豳1 2 漆8 接西蕊 片、r t l 8 0 1 9 a s 以太网控制器芯片、i c l 3 2 3 2 e s e ( 1 6 ) r s 一2 3 2 收发器。开关量扩 展我们选择的是凇x i i 系列c p l d 蕊片e p m 2 4 0 。以上内容在下一节详细介绍。 3 3 硬件设计 3 3 1 主控模块分绍堋 零设诗豹核心怒萋予矗秘公司矗憨7 t b 醚i 雨核懿1 6 3 2 位翼 s c 怒蠖器s 3 c 4 4 b o x 。它采用一种新的三厘a 蹦c p u 嵌入式总线结构一s a m b a 2 ，电源管理控制 模式支持：正常，低，休眠，停止四种方式。操作电压范围：核电压：2 5 v ； 0 电援：3 ，0 ￥3 6 ￥。工季# 频率：最大可达6 6 渊z 。封装：1 6 0 魄汴 1 6 0f b g a 。 该处理器为手持设备和一般成用提供高性价比和高性能的微控制器解决方 案。蓬3 一l 为s 3 c 4 4 8 蕊挺胬。为了降 蔻整个系统豹成本，s 3 e 4 4 b o x 片上集成 的功能鸯：8 k b e a c h e 、可选的内部s r a m 、l c d 控制器、2 遴遴u a 躲、4 遴道删 a 、外部扩充存储器控制器( 芯片选择逻辑、f p e d o s d r a m 控制) 、6 通道带p 删静定时器、7 1 个邋用可编程i 内口、目历功能的r t c 、8 通道l o 位a d e 、i 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 i c i i s 总线控制器、同步s i o 和p l l 时钟发生器。 图3 1s 3 c 4 4 b o x 框图 3 3 2 输入输出模块设计 模拟量输入通道的设计 数据采集系统结构形式 设计数据采集系统时，首先根据被测信号的特点及对系统性能的要求，选 择系统的结构形式。进行结构设计时，主要考虑被测信号的变化速率和通道数， 对测量精度、分辨率、速度的要求等。此外，还要考虑性价比等。常见的数据采 集系统由以下三种结构形式： 1 多通道共享采样保持器和a d 转换器 这种结构形式采用分时转换得工作方式，各路被测参数共用一个采样保持 器和一个a d 转换器。在某一时刻，多路开关只能选择其中一路，把它接入到采 样保持器的输入端。当采样保持器的输出已充分逼近输入信号( 按给定精度) 时，在控制命令的作用下，采样保持器由采样状态进入保持状态，a d 转换器开 始进行转换，转换完毕后输出数字信号。在转换期间，多路开关可以将下一路接 通道采样保持器的输入端。系统不断重复上述操作，实现对多通道模拟信号的 数据采集。 6 基于s 3 c 4 4 b o x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 多 籍 开 关 图3 2 多通道映享采样，保持器和a ，d 转换器 2 。多通道同步数撑采集系统 霾掰示结秘虽然瞧是分辩转换系统，各路信号通道都脊一个采样保持器， 可以在同一个指令控制下对各路信号同时进行采样，得到各路信号在同一时刻的 瓣辩蕴。模羧开关分嚣雩德穗各路采释豫持嚣接至l 盎d 转换器上进李亍模数转换。这 些同步采样的数据可以描述各路信号的相位关系，这种结构被称为同步数据采集 系绕。 采样保持 引 e 缓挣 r 寥 卜 姆- 羹 l l 卜l 图3 ，3多通道同步型数据采集系统 3 。多逶遴并牙数撂采集系绞 图中，每个通道都有独自的采样保持器和a d 转换器，备个通道的信号可 以独立进行采榉和a 赡睾换。转换餐数据可经过接盈魄路直接送到计算搬中。数 据采集的速殿快。另外，如果系统中的被测信号较分散，模拟信号若经过较长距 离传输后再采样，势必会受到干扰。这种结槐形式可以在每个被测信号源隧近加 采样保持器朔a d 转换器，就近进行采样保持和模数转换。转换韵数字信号也 可以通过光电转换变为光信号再传输，从而使传感器和数据处理中心在魄气上完 全隔离，避兔簇遣电位滋弓| 起豹熬模干撬。这静结构形式适嗣予高速系统、分散 系统以及多通道并行数据采集系统。 iillfl-i， 棋霹辕一(信号 基于s 3 e 4 燃酝入式麓轻广摇发瓣疆缓撬控剿嚣懿设诗 图3 。4 多通道并行数据采集系统 对于广播发射机微控制器而言，因为要求的数据采集速度并不高，基本上 蹩秒缀豹。爨激遥躅戆怒多遥遂共享数据慕鬃系统缝梅，戳节缝成本。 信号调理电路设圣 “ 模拟量的隔离传输，除了可采用隔离放大器之外，还可以采用精度较高、 电路简单的光电隔离传输电路。该电路如下所示，包括两个光电耦台器t 1 和他， 以及两个射极跟随器a l 和a 2 。a l 和t l 为输入极，a 2 和t 2 为输嫩极。由于该 宅爨瓣埝入与簸出之窝仅纛巍静藕合，没秀瞧器联系，簸瑟实残了信号瓣不荚遗 传输，提高了电路的抗噪声能力。 图3 5 光电隔离传输电路 s 3 c 4 4 8 0 x 数据采集电路设计 数獾采集系统懿核心蹩诗算梗，它鼹蘩个系统送霉控摹秘数攥处理。它簸 i 3 模拟输入信号 基于s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式智能广播发射机微机控制器的设计 处瑷静是数字信号，瀚就输入静模拟信号必须进行模数( a 内) 转换，将连续豹 模拟信号量化 删。 穰掇嚣关 模拟开关是数据采集系统巾的主要部件之一，它的作用是切换各路输入信 号。在溅控袋绞中，数攥采集懿瓣蒙可能怒攀一懿攘羧垂，毽爵麓是多个搂掇量， 比如，在本控制器的设计中，模拟量是3 0 路。为了降低成本，需要使用多路开关 轮渡把各路被测傣号分时地与a 瓣接通。多路模搬开关分为樵壤式、慧磁式积半 导体式多种。半导体式多路模拟开关近年来发展快，而且得剡广泛应用的一种， 它其有体积小、切换逮度快、无抖动、耗电少、工作可靠、容易控制的特点，因 而褥到广泛威用。 在基子s 3 c 4 4 b o x 的微机控制嚣的设计中，