本科论文基于ARM的控制系统硬件平台设计(赵)教程.doc

基于ARM的控制系统硬件平台设计 系统需求分析 微电子技术的迅猛发展使其在汽车上被广泛的应用，给汽车工业的进一步发展带来了新的生机。电子控制系统具有控制精度高、响应速度快、集成度高、体积小、重量轻、应用更加灵活等特点。应用于汽车后，可使汽车有关系统在各种情况下都处在最佳的工作状态，各项受控指标都能获得较大的改善，是任何机械控制系统都难以达到的。电子技术在汽车上的 应用将使汽车很容易满足日益严格的各项法规、人们对驾驶舒适性和方便性的要求。 汽车行驶记录仪就是一种应运而生的产物，它是能够记录和再现汽车行驶状态的一种数字式电子记录装置，它可以全程记录汽车的行驶数据，并通过对所记录的行驶信息数据的分析，对车辆的行驶状况予以精确的掌控。汽车行驶记录仪可有效预防驾驶员的违章驾驶，降低车辆的交通事故。汽车行驶记录仪包括汽车行驶记录仪的主机和计算机端的数据分析软件这两部分组成。重点汽车行驶记录仪的主机部分。 　　本课题所设计的汽车行驶记录仪主要实现如下功能：自检功能；实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能；车辆行驶速度的测量、记录、存储功能；车辆行驶里程的测量、记录、存储功能；驾驶员身份记录功能；键盘操作功能；数据显示；数据通信功能。在数据通信接口部分除了国家标准所规定的USB标准接口和标准RS232－C型接口的这两种通信方式外，课题中还增加了CAN总线接口功能。该系统可实现对车速信号、开关量信号以及模拟量信号的采集、处理以及数据的实时存储和显示通过串口、USB接口可以实现与PC机之间的数据通信，通过CAN总线接口可实现与汽车上的CAN节点间的数据通信。该系统的外围接口模块有电源模块、复位电路模块、信号采集模块、键盘操作模块、存储器模块、时钟模块、显示模块、JTAG调试接口以及通信接口模块，系统的组成框图如图1所示。 图1 汽车行驶记录仪的组成框图 系统硬件选型与单元电路设计 微处理器 由于课题要求使用ARM9系列处理器，再加上基于以上系统需求的分析，所以这里我们采用Motorola公司的MC9328MX1微处理器。它是一款嵌入了先进的低功耗ARM920T核高性价比16/32位RISC微处理器。 除了ARM920T核以外，MC9328MX1比较重要的片内外围功能模块包括： 2个UART通道； 2个SPI通道； 1个实时时钟控制器（RTC）； 1个LCD控制器； 1个脉宽调制控制器； 1个Single－Ended Slave USB控制器； 1个MMC/SD卡控制器； 1个I2C控制器，运行速度可以达到200Hz； 1个CMOS－Senser控制器； 11个DMA控制器； 1个模拟信号处理模块； 1个Buletooth模块接口控制器； 2个32位定时/计数器； 4×32个可编程的I/O口（可与其他引脚复用）； 片内的逻辑控制电路包括： 中断控制器； DRAM/SDRAM控制器； 一个外部存储器控制器（EIM）可扩展ROM/SRAM和FLASH等设备； 系统管理器； 一个内部32位系统总线仲裁器； MC9328MX1采用可256引脚的MAPBGA封装形式，它的引脚定义及描述，见附表1，总体框架图如图2所示。以下仅对需要使用的模块进行分析。 图2 MC9328MX1总体框图 电源模块 电源部分是整个电路正常工作的基础，它为处理器和各个部件提供工作电压。由于车载电源不稳定，首先需要对车内的12V电源进行稳压，然后通过线性稳压芯片把电压转换成5V。而MC9328MX1芯片中，CPU核心电路需要1.8V，CPU存储及I/O接口电路需要3.3V，因此需要分别将5V电压再变换成3.3V和1.8V，这样系统可以得到三种电压，满足系统各个部件的需要。 有很多DC－DC转换器可以完成5V到3.3V、1.8V的转换，例如线性电源Linear Technology的LT108X系列。常见的型号和对应的电流输出如下： LT1083 7.5A LT1084 5A LT1085 3A LT1086 1.5A 这里我们选择LT1085和AS1117－ADJ进行5V到3.3V和1.8V的转换，系统的电源电路如图3所示。 图3 系统电源电路 时钟模块 晶振电路用于向CPU及其他电路提供工作时钟，MC9328MX1可使用32kHz,32.768kHz和38.4kHz的无源晶振。这里我们使用单一的32kHz时钟源。32kHz时钟输入MC9328MX1后，先经过预倍频PLL倍频后达到16.384MHz，并输入到System PLL和MCU PLL。MCU PLL可将输入的16.384MHz倍频升到最高192MHz，提供给CPU核使用。System PLL将输入的16.384MHz倍频到96MHz，提供给EIM以及外围模块使用。晶振电路的接