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【摘 要】传统的微控制器8051单片机，如果要实现像嵌入式处理器一样多的功能，就需要复杂的外部接口电路，这样就无形中增加了硬件成本，对电路设计的难度也大大加强，其稳定性就必然下降。另外传统的嵌入式控制器运算速度较低、功耗大，其系统的执行效率也远不如嵌入式处理器。基于ARM处理器的远程无线测控系统的硬件设计是以ARM为内核，利用嵌入式处理器接口丰富功能强大的特点实现多功能监测与控制。采用模块TC35i，理论上凡是在蜂窝信号覆盖的区域都能够实现稳定的数据传输。
【关键词】嵌入式；监测；控制；接口设计
一、硬件系统总体框架构想
基于ARM处理器的远程无线测控系统主要由三个核心部分组成：
1.嵌入式系统核心，它具备体积小、功耗低、内部外设接口丰富、运算速度快等优点。传统的微控制器要实现像嵌入式处理器一样多的功能，那么就需要复杂的外部接口电路，这样就无形中增加了硬件成本，对电路设计的难度也大大加强，其稳定性就必然下降。
2.GSM蜂窝网络接入模块，此设计中最具特点的便是将一个传统设备接入到了GSM蜂窝网络中。而实现这个功能的方法便是通过嵌入式处理器利用其内部的通信接口UART与GSM通信模块的数据端口连接，通过AT指令集进行控制GSM模块实现通信功能。
3.监测与控制系统
监测与控制系统是通过嵌入式处理器丰富的内部外设接口与各种监测模块连接，通过软件的设计来实现各种监测与控制功能。
二、处理器的选型和核心电路设计
系统的处理器要具有稳定的性能、高可靠性、运算速度快、功耗低、内部资源丰富等特点。嵌入式处理器内部外设丰富，在研发过程中大大减少了外部电路的设计和开发，降低PCB设计的难度，提高了系统的可靠性。本设计在对多种处理器进行比较和论证，最终采用的处理器为NXP公司生产的采用Cortex-M0内核的LPC1114嵌入式处理器。它是32位ARM RISC处理器，采用16位Thumb质量集，功耗与面积高度优化，可用于对成本和功耗要求高的场合。所有的寄存器都是32位，13个通用寄存器（R0～R12），3个特殊功能寄存器（R13～R15），以及程序状态寄存器组（xRSR）。
嵌入式处理器核心电路设计的设计要求：1、处理器核心电路板必须具备完善的最小系统2、核心电路板必须具备完善的电磁兼容性3、核心电路板必须开放所有的芯片外设电路接口4、核心电路板必须具备便携的程序下载接口。
三、无线通信系统设备的选型和接口电路设计
无线通信技术分为近距离和远距离通讯，目前近距离无线通信技术有蓝牙， WiFi和红外数据传输等。远距离无线通信有CDMA、GPRS、GSM等蜂窝网络通信或利用微波实现的远距离通讯手段。在常用的无线通信设备中，GSM蜂窝网络通信的系统可以同任何一台人们手中的蜂窝通信设备（手机）通信，且任何一台手机在发送了正确的控制指令后均可以与本设备进行通信，选择GSM蜂窝网络通信模块，其在传输距离、可靠性、通用性上占据了绝对的优勢，基于综合考虑，采用GSM蜂窝网络通信模块是不二的选择。
本设计用的GSM通信模块为西门子公司生产的TC35i工业级GSM模块。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF零阻力插座连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。
四、监测与控制电路设计
1.I2C总线接口监测与控制电路
I2C总线上的设备分为主设备（ARM处理器）和从设备两种，总线支持多主设备，是一个多主总线，即它可以由多个连接器件控制。主设备通过寻址来识别总线上的存储器、LCD驱动器、I/O扩展芯片及其他I2C总线器件，省去了每个器件的片选线，因而使整个系统的连接极其简洁。
2.SSP同步串行接口监测与控制电路
LPC1114内部SSP接口与通用I/O口PIO0_6＼PIO0_8＼PIO0_9和PIO2_1＼PIO2_2＼PIO2_3端口复用，组成两组SPI接口。
3.AD转换接口监测与控制电路
LPC1114处理器的A/D转换接口与通用I/O口PIO0_11、PIO1_0～PIO1_4、PIO01_10、PIO1_11复用。若要通过监控的管脚获得准确的电压读数，必须事先通过 IOCON寄存器选用 ADC 功能。对于作为 ADC 输入的管脚来说，在选用数字功能的情况下仍能获得 ADC 读取值的情况是不可能存在的。在选用数字功能的情况下，内部电路会切断该管脚与 ADC 硬件的连接。
4.通用I/O接口监测与控制电路
LPC1114处理器一共拥有42个通用I/O口器特性为：1）数字端口可以由软件配置为输入/输出；2）每个单独引脚可被用作外部中断输入引脚；3）每个中断可配置为下降沿、上升沿或边沿产生中断；4）可对单独的中断级别编程；5）所有 GPIO引脚默认为输入；6）端口引脚的读写数据操作是可屏蔽的。
参考文献：
[1]何加铭.嵌入式32位微处理器系统设计与应用.电子工业出版社.2006年
[2]杜春雷. ARM体系结构与编程. 清华大学出版社，2003年
[3]许海燕，付炎著.嵌入式系统技术与应用.机械工业出版社.2002年
[4]郭梯云，邬国扬，李建东. 移动通信. 电子科技大学出版社，2006年
作者简介：王慧，女，江西南昌人，讲师，研究方向：电子与通信技术
【关键词】嵌入式；监测；控制；接口设计
一、硬件系统总体框架构想
基于ARM处理器的远程无线测控系统主要由三个核心部分组成：
1.嵌入式系统核心，它具备体积小、功耗低、内部外设接口丰富、运算速度快等优点。传统的微控制器要实现像嵌入式处理器一样多的功能，那么就需要复杂的外部接口电路，这样就无形中增加了硬件成本，对电路设计的难度也大大加强，其稳定性就必然下降。
2.GSM蜂窝网络接入模块，此设计中最具特点的便是将一个传统设备接入到了GSM蜂窝网络中。而实现这个功能的方法便是通过嵌入式处理器利用其内部的通信接口UART与GSM通信模块的数据端口连接，通过AT指令集进行控制GSM模块实现通信功能。
3.监测与控制系统
监测与控制系统是通过嵌入式处理器丰富的内部外设接口与各种监测模块连接，通过软件的设计来实现各种监测与控制功能。
二、处理器的选型和核心电路设计
系统的处理器要具有稳定的性能、高可靠性、运算速度快、功耗低、内部资源丰富等特点。嵌入式处理器内部外设丰富，在研发过程中大大减少了外部电路的设计和开发，降低PCB设计的难度，提高了系统的可靠性。本设计在对多种处理器进行比较和论证，最终采用的处理器为NXP公司生产的采用Cortex-M0内核的LPC1114嵌入式处理器。它是32位ARM RISC处理器，采用16位Thumb质量集，功耗与面积高度优化，可用于对成本和功耗要求高的场合。所有的寄存器都是32位，13个通用寄存器（R0～R12），3个特殊功能寄存器（R13～R15），以及程序状态寄存器组（xRSR）。
嵌入式处理器核心电路设计的设计要求：1、处理器核心电路板必须具备完善的最小系统2、核心电路板必须具备完善的电磁兼容性3、核心电路板必须开放所有的芯片外设电路接口4、核心电路板必须具备便携的程序下载接口。
三、无线通信系统设备的选型和接口电路设计
无线通信技术分为近距离和远距离通讯，目前近距离无线通信技术有蓝牙， WiFi和红外数据传输等。远距离无线通信有CDMA、GPRS、GSM等蜂窝网络通信或利用微波实现的远距离通讯手段。在常用的无线通信设备中，GSM蜂窝网络通信的系统可以同任何一台人们手中的蜂窝通信设备（手机）通信，且任何一台手机在发送了正确的控制指令后均可以与本设备进行通信，选择GSM蜂窝网络通信模块，其在传输距离、可靠性、通用性上占据了绝对的优勢，基于综合考虑，采用GSM蜂窝网络通信模块是不二的选择。
本设计用的GSM通信模块为西门子公司生产的TC35i工业级GSM模块。TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF零阻力插座连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。
四、监测与控制电路设计
1.I2C总线接口监测与控制电路
I2C总线上的设备分为主设备（ARM处理器）和从设备两种，总线支持多主设备，是一个多主总线，即它可以由多个连接器件控制。主设备通过寻址来识别总线上的存储器、LCD驱动器、I/O扩展芯片及其他I2C总线器件，省去了每个器件的片选线，因而使整个系统的连接极其简洁。
2.SSP同步串行接口监测与控制电路
LPC1114内部SSP接口与通用I/O口PIO0_6＼PIO0_8＼PIO0_9和PIO2_1＼PIO2_2＼PIO2_3端口复用，组成两组SPI接口。
3.AD转换接口监测与控制电路
LPC1114处理器的A/D转换接口与通用I/O口PIO0_11、PIO1_0～PIO1_4、PIO01_10、PIO1_11复用。若要通过监控的管脚获得准确的电压读数，必须事先通过 IOCON寄存器选用 ADC 功能。对于作为 ADC 输入的管脚来说，在选用数字功能的情况下仍能获得 ADC 读取值的情况是不可能存在的。在选用数字功能的情况下，内部电路会切断该管脚与 ADC 硬件的连接。
4.通用I/O接口监测与控制电路
LPC1114处理器一共拥有42个通用I/O口器特性为：1）数字端口可以由软件配置为输入/输出；2）每个单独引脚可被用作外部中断输入引脚；3）每个中断可配置为下降沿、上升沿或边沿产生中断；4）可对单独的中断级别编程；5）所有 GPIO引脚默认为输入；6）端口引脚的读写数据操作是可屏蔽的。
参考文献：
[1]何加铭.嵌入式32位微处理器系统设计与应用.电子工业出版社.2006年
[2]杜春雷. ARM体系结构与编程. 清华大学出版社，2003年
[3]许海燕，付炎著.嵌入式系统技术与应用.机械工业出版社.2002年
[4]郭梯云，邬国扬，李建东. 移动通信. 电子科技大学出版社，2006年
作者简介：王慧，女，江西南昌人，讲师，研究方向：电子与通信技术