基于ARM和CPLD的温度控制器的设计
1 引言
随着计算机技术的飞速发展，在日常生活和生产中，人们要求更精确测量和控制温度等模拟物理量，不仅满足工业现场实时监控，上位pc机遥观、遥测和遥控等，而且要求连-接互联网，以实现远程监控和访问数字化、智能化的传感器功能。
这里提出一种以arm微控制器为核心，结合cpld技术的温度控制系统。该系统将温度传感器采集的信息a/d转换后传输至微处理器处理，其处理数据再经网络接121远程传输。或通过rs232串行接口与上位机pc机通信实现分布式温度监控系统。
2 系统硬件设计
该系统设计主要是针对工业控制领域现场仪器仪表开发的，其硬件设计框图如图1所示，该框图包括arm微处理器、电源、监控复位、存储器扩展(ram、flash和eeprom)、人机交换接口(led)、网络通信、温度检测电路、a／d转换、 d／a转换输出、rs232通信和cpld控制电路(外围设备的译码、配置，实现系统的硬件软件化)等模块。
温度传感器测量外部温度信息，在cpld的控制下，把a／d转换后的数字信号送入arm微处理器中进行处理，同时通过lcd显示处理信息，由网络接121 远程监控。当然，现场也可由键盘实时人工干预。经arm微处理器处理的数据通过rs232串口传送到上位机进行显示存储。当然，工作过程中若出现错误，会产生声光报警等。同时，键盘还可现场干预设置，处理故障等。
这里arm微处理器选用atmel公司32位的at91m40800。at91m40800除具有arm7tdmi内核外，其内部还集成有许多外围设备，大量内部寄存器可快速完成中断处理。由于at91m40800微处理器通过可编程的ebi与片外存储器相连，使其具有较快的访问速度；同时它还具有8个优先级向量中断控制器与外部数据控制器连接，进而提高中断响应速度。因此，at91m40800微处理器非常适用于工业实时控制领域，是嵌入式工业控制器中处理器的最佳选择。
2．1 网络通信接口电路设计
at91m40800本身无ethernet接口，需通过外接以太网控制器实现网络功能。考虑到性价比，系统选用reaitek公司生产的rtl8019as型以太网控制器，外扩一个ether，net接口。rtl8019as连接电路如图2所示。
rtl8019as的jp引脚接vcc使其工作在jumper(配置模式)模式下，以i／o方式进行读写操作。netcs为at91m40800对 rtl8019as的片选信号，地址为0x03000300~0x0300031fled0、led1各接一只发光二极管以指示通讯状态。 function imgzoom(id)//重新设置图片大小 防止撑破表格 { var w = $(id).width; var m = 650; if(w< m){return;} else{ var h = $(id).height; $(id).height = parseint(h*m/w); $(id).width = m; } } window.onload = function() { var imgs = $(content).getelementsbytagname(img); var i=0; for(;i
采用10base-t布线标准通过双绞线实现以太网通讯，由于rtl8019as内置10base-t收发器，所以网络接口电路较简单。只需外接一个隔离低通滤波器(lpf)20f-01与外部网络相连。tpin±为接收线，tpout±为发送线，经隔离后分别与rj-45接口的rx±、tx±端相连。
rtl8019as工作在中断方式下，当接收到数据包时．netint(中断信号)输出低电平，并通知处理器读取数据。cpu启动远端dma，netcs (片选信号)和netrd(读信号)有效，进而从rtl8019as内部ram读取数据。netrst(复位信号)由控制电路cpld产生，高电平有效，保证rtl8019as可靠复位。
2．2 cpld控制电路
cpld主要对rtl8019as以太网控制器、lcd液晶显示和max197的控制电路译码，选用altera公司的cpldepm7032a。该器件具有600个可用门，32个宏单元，38个用户i／o引脚，采用3．3 v cmos工艺，具有5 v容限输入。应用max+plusii开发平台，在图形编辑器中完成所需设计。epm7032a的内部设计实现如图3所示。
网络接口模块也是该设计重点，其主程序负责完成系统参数的初始化和实时调用任务。主程序采用轮询方式不断检测状态字和功能函数返回值，判断某事件是否发生，如果发生就处理该事件，处理完毕后返回主程序，继续执行后面的程序。网络接口模块主程序流程如图5所示。
function imgzoom(id)//重新设置图片大小 防止撑破表格 { var w = $(id).width; var m = 650; if(w < m){return;} else{ var h = $(id).height; $(id).height = parseint(h*m/w); $(id).width = m; } } window.onload = function() { var imgs = $(content).getelementsbytagname(img); var i=0; for(;i
程序首先进行系统初始化，分配内存缓冲池用于处理tcp／ip协议；接着网络参数初始化；然后依次完成串口、定时器、arp缓冲和rtl8019as等的初始化工作；最后由一个while死循环检测状态字，由各子程序进行相关处理。
4 系统调试
系统调试主要包括硬件调试、软件调试和系统仿真综合调试三部分。首先，实验板接通电源，通过其相应的arm和cpld的jtag接口与计算机并口相连，然后把相应的已编译、仿真的程序分别下载烧写到arm和cpld中，依次调试各个模块，基本满足温度信号采集、处理等功能，调试后的参数结果符合要求，运行状态良好。
5 结束语
以嵌入式系统为研究方向，面向工业控制领域，以仪器仪表为应用对象，构建并开发基于arm和cpld的嵌入式工业控制器通用平台，完成基于arm处理器的嵌入式工业控制器的具体设计。系统测试效果良好，性能稳定，达到预期的设计目标。基于arm和cpld的嵌入式工业控制器通用平台具有广阔的应用前景，可广泛用于工农业检测、智能控制等控制领域，为以后系统升级提供有益参考。
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该系统设计主要是针对工业控制领域现场仪器仪表开发的，其硬件设计框图如图1所示，该框图包括arm微处理器、电源、监控复位、存储器扩展(ram、flash和eeprom)、人机交换接口(led)、网络通信、温度检测电路、a／d转换、 d／a转换输出、rs232通信和cpld控制电路(外围设备的译码、配置，实现系统的硬件软件化)等模块。
温度传感器测量外部温度信息，在cpld的控制下，把a／d转换后的数字信号送入arm微处理器中进行处理，同时通过lcd显示处理信息，由网络接121 远程监控。当然，现场也可由键盘实时人工干预。经arm微处理器处理的数据通过rs232串口传送到上位机进行显示存储。当然，工作过程中若出现错误，会产生声光报警等。同时，键盘还可现场干预设置，处理故障等。
这里arm微处理器选用atmel公司32位的at91m40800。at91m40800除具有arm7tdmi内核外，其内部还集成有许多外围设备，大量内部寄存器可快速完成中断处理。由于at91m40800微处理器通过可编程的ebi与片外存储器相连，使其具有较快的访问速度；同时它还具有8个优先级向量中断控制器与外部数据控制器连接，进而提高中断响应速度。因此，at91m40800微处理器非常适用于工业实时控制领域，是嵌入式工业控制器中处理器的最佳选择。
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