嵌入式仪器仪表平台化硬件系统设计研究

嵌入式仪器仪表平台化硬件系统设计研究

刘雷华

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摘要：仪器用于计算各种计算机参数和位置组件。简而言之，该仪器还具有自动报警、数据处理等功能。机器是信息的来源。目前，它们作为信息和制造业的核心技术，已经成为生产力转化的唯一道路。仪器的应用范围比较大，包括农业、工业、技术、国防等人们生活的方方面面。以其巨大的作用和特殊的地位，对国民经济的快速发展有很大的促进作用。此外，使用嵌入式技术的工具变得更加强大和准确。能够满足仪器和网络可视化的要求。

关键词：嵌入式仪器；仪表平台化；硬件系统设计

引言

仪器用于检测和计算各种物理参数和材料成分。广义而言，仪器具有自动报警和数据处理功能，仪器等科学仪器是信息的来源。作为信息和生产企业的核心技术，它们已成为提高生产效率的必要手段。仪器涉及人民生活的各个方面，包括农业、工业、工程、国防等。他们的巨大作用和特殊地位极大地促进了国民经济的发展。使用嵌入式技术、更强大、更精确的仪器可以满足仪器可视化、机电一体化和联网的要求。

1嵌入式机电仪器仪表硬件平台设计原理

一般来说，电气设备硬件由四部分组成。串联输入处理模块。集中控制模块、信号输出模块和能量模块。信号输入处理模块可用于切换和模拟输入，中央控制模块可用于信号控制和计算算法、信号输出模块以及不同情况下的外围通信。提取CPU资源，根据平台设计要求扩展硬件平台功能。由于处理器的大小和功耗，它由多个性能空间中的多个功能模块组成。通常，I/o接口配置用于各种功能，例如b .对于ARM处理器R10、Samsung处理器S3C6410、集成I/o功能、SPI等。因此，CPU需要多路复用来执行所有I/o接口。图1是基于平台设计概念的硬件体系结构图。

硬件的总体工作流程如下：数字和模拟输入处理电路转换、形成和处理输入信号，然后，资源管理模块将处理后的信号发送给中央处理模块，中央处理模块处理输入数据并执行一系列任务，最后，信号输出模块将数据发送给显示设备或保存。

2平台硬件设计原则

本文针对这些设计要求和问题，将以下原则应用于嵌入式装置硬件平台设计。(1)嵌入式处理器、高性能、丰富的接口。高时钟速度、100m-1 GHz、强大的接口功能、强大的处理能力、多种I/o接口和内部外围设备都可以通过硬件和软件轻松、免费地进行配置。(2)模块化设计平台和概念。在同一个高性能硬件平台上，您可以对多个应用程序尽可能使用不必要的模块，以满足多种应用程序要求。选择免费功能模块，与主板平台一起构建功能丰富的系统设备。它还便于系统的在线升级和维护。(3)设计操作性。必须能够进行人机交互。强大的图形显示功能可提供实时视频监控，同时改善用户体验。网络交互功能为用户提供远程监控和操作保障。(4)系统具有高可靠性和抗干扰能力。系统一般在恶劣的工业环境下工作，进行高精度高速信号采样和测试，因此必须具备高可靠性和抗干扰能力。

3机电仪器仪表硬件平台的详细设计

3.1机电仪器仪表主板硬件平台设计

电路变换电压，A/D转换输入信号，然后资源管理模块将处理后的信号发送给中央处理模块。中央处理模块处理输入数据并执行一系列任务。最后，信号输出模块将数据发送至显示设备或保存数据。CPU模块设计。内置BOM处理器必须具有更高的计算速度、更丰富的功能接口、更低的能耗，支持不同的通信协议，促进与外围设备的在线通信，并提供更好的人机交互界面和BOM性能。处理器应便于操作系统设计人员开发和调试软硬件集成。考虑到上述特点，以下将比较业界三种主要嵌入式处理器，并选择系统中的最佳解决方案。三种处理器均为RMI的au1250，PXA270DaIntel和PXA270DaSamsung.S3C6410PRECISA。信号输出模块设计。本节讨论各种区域，例如通用通信和数据传输接口以及触摸屏和交互接口。S3C6410处理器也是本节的重要组成部分。它是集成的，并且资产支持此方案的设计。机床用户界面中最重要的设备是显示测量和控制数据以及实时磁参数曲线的屏幕。触摸屏是一种简单的输入设备，用于替换鼠标或键盘，并允许根据接触位置定位和选择信息条目。

3.2存储设备接口

SD存储接口设备、存储卡设备和USB设备接口设备。S3C6410 CPU芯片将三个SD存储卡设备、一个用于复制的SD存储设备与CFA卡控制器相结合，因此必须符合SDV2.0标准。使用SD卡的CPU、WP写保护和卡的4位电缆标识CD端口。如果SD卡是只读的，则只读性更高。当SD卡处于正常读写模式时，只读级别较低。目前，USB是计算机高级总线的标准接口，设计为USB3.0标准，传输速率为5 gbit秒。USB 3.0和OTG2.0主机集成到CPU中。USBOTG最多可在七个存储卡之间进行数据交换，从而简化设备之间的通信。

3.3能量模块设计

能量模块一直是电子产品的核心模块，就像人体的心脏一样，它的作用是显而易见的，能够做到能源的持续供应，使得整个系统收益。在许多情况下，机电仪器的工作环境相对较差，如何通过一定的改进使得能量模块能够稳定作业，这已经是一个很值得关注的问题。对于便携式仪器，通常使用电池供电，内置系统的IC电源电压不同，且同一IC不同功能模块的电源电压与同一IC不同功能模块的电源电压不同。S3C6410处理器算术核的电源电压为1.2V，DDR内存控制器SDRAM的电源电压为2.5V，外围SPI、I2C等通信接口的电源电压为3.3V。因此，需要充分转换外部电源电压，以满足不同集成电路的馈电需求。

3.4信号输入及输出模块

在仪器测量和控制中，在单片机转速、功率计偏移等各种参数的测量中，经常会遇到测量微小连续变化的模拟信号。因此，输入信号处理模块包括信号放大电路、转换器、开关输入/输出、大数据接收端口的通用通信接口。然后，信号输出模块需要完成输出、人机交互、图形显示和数据存储的部分控制功能。D/A数据完成装置的控制输出。高分辨率真彩色液晶屏为客户提供了良好的人机交互功能和熟悉的用户界面。此外，还必须设计各种网络接口，以实现存储和远程操作功能。

3.5仪表机电功能扩展面板的硬件设计

系统扩展板处理传感器输入的各种信号类型，并通过扩展板和CPLD接口将功能传输到CPU。扩展板针对不同的应用程序需求开发不同的输入模块，并将其与主板结合使用以实现特定的测量功能。通用扩展器主板专为大多数应用程序设计。用户和设计人员可以设计主板上具有不同结构和功能的扩展卡，以满足他们的需求。如果测量了指令和电机指令，则必须首先进行物理测量，然后通过传感器转换为电气信号。此信号通常是弱模拟信号，无法传输到CPU进行信号处理。因此，模组转换需要一个I/o电路(模组转换)。因此，扩展板硬件应设计为模拟过渡电路。随着传感器测量技术的发展，许多传感器产生了A/D转导电路和输出信号。此外，扩展板硬件应包括切换信号通道。此外，扩展框架集成到SPI、I2C、UART等通信接口中，以方便系统和主机之间的通信。通常，在输入CPU之前，需要放大、过滤、采样/保留和I/o。此外，一些次级电路是根据特定应用程序要求设计的。

结束语

简而言之，平台设计的概念适用于主板和功能扩展，使平台设计始终成为可能。为了快速满足各种英语场景的仪器要求，嵌入式技术平台将对信号完整性、供电可靠性等问题进行分析。

参考文献

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