嵌入式系統(tǒng)如今已廣泛地滲透到了科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、局勢(shì)技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)等許多領(lǐng)域，并且還在不斷發(fā)展與延伸。嵌入式系統(tǒng)中又以ARM架構(gòu)的運(yùn)用最有前景。在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域中則是種類繁多，各有特色，而嵌入式Linux的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛 ，Linux是開放源代碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)者的強(qiáng)大技術(shù)支持；其次，Linux的內(nèi)核小、效率高，內(nèi)核的更新速度很快,Linux是可以定制的，其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約134KB。Linux適應(yīng)于多種CPU和多種硬件平臺(tái)，是一個(gè)跨平臺(tái)的系統(tǒng)。

本課題以ARM9的嵌入式工控設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容和開發(fā)對(duì)象，目標(biāo)是采用基于ARM9內(nèi)核的ATMEL工業(yè)級(jí)嵌入式微處理AT91SAM9X25，主頻為400MHz，設(shè)計(jì)一款高性能、低功耗、低成本、小體積的嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

一

設(shè)計(jì)目的和意義

AT91SAM9X25是一個(gè)高性能的基于ARM926嵌入式微處理器單元，運(yùn)行在400 MHz，并設(shè)有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)/連接外圍設(shè)備，優(yōu)化的工業(yè)應(yīng)用，如樓宇自動(dòng)化，網(wǎng)關(guān)和醫(yī)療。工控機(jī)（IndustrialPersonal Computer，IPC）即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱。工控機(jī)具有重要的計(jì)算機(jī)屬性和特征，如具有計(jì)算機(jī)CPU、硬盤、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算能力、友好的人機(jī)界面。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計(jì)算機(jī)。

嵌入式工控機(jī)（EmbeddedIndustrial Computer）是一種加固的增強(qiáng)型工業(yè)計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。早在90年代初期，美國(guó)AD公司就推出了類似的工控機(jī)。由于嵌入式工控機(jī)的性能可靠、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、體積小巧、價(jià)格低廉，而在工控機(jī)中應(yīng)用廣泛。

工控機(jī)系統(tǒng)無論從硬件到軟件，幾乎繼承了通用 PC 的全部特征。使用基于 X86 架構(gòu)的處理器（目前僅 Intel、AMD 及 VIA 可生產(chǎn)）作為系統(tǒng)核心，并通過標(biāo)準(zhǔn)底板接插各種功能板卡的方式，完成系統(tǒng)的構(gòu)成及功能擴(kuò)展，因此，用戶可以在較短時(shí)間內(nèi)，組建出功能強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)通過運(yùn)行 Windows 系列操作系統(tǒng)， 保持與通用PC的軟件兼容。

目前，基于Windows系列操作系統(tǒng)的各種應(yīng)用軟件已達(dá)到數(shù)以億計(jì)，且應(yīng)用非常廣泛，這對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)與維護(hù)具有良好的支持與推動(dòng)作用。

但由于IPC的固有缺點(diǎn)，使之在工業(yè)控制的某些應(yīng)用領(lǐng)域，無法達(dá)到令人滿意的效果。 IPC 功耗較高、脆弱的存儲(chǔ)器系統(tǒng)以及體積和成本因素，在很多情況下已經(jīng)完全抵消了其高性能和可維護(hù)性優(yōu)勢(shì)，不能滿足應(yīng)用需求。高功耗對(duì)系統(tǒng)散熱及穩(wěn)定性帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)，廣泛使用的散熱風(fēng)扇一直是故障率較高的部件之一，其它諸如液體散熱等方式，均由于工藝復(fù)雜，成本較高，目前僅少量使用在軍事、航空航天等高端領(lǐng)域；存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的硬盤在系統(tǒng)不間斷運(yùn)行且處于較嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境情況下，平均使用壽命僅為 2～3 年，這通常遠(yuǎn)低于工業(yè)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)壽命，而采用雙列直插（DIMM）方式連接的內(nèi)存部件，則不能承受哪怕是比較輕微的振動(dòng)，加之體積與成本因素，限制了IPC在諸多工業(yè)控制場(chǎng)合的應(yīng)用。

嵌入式工控機(jī)在設(shè)計(jì)上摒棄了兼容 PC 標(biāo)準(zhǔn)的想法， 著眼于千變?nèi)f化的應(yīng)用需求；同時(shí)，由于應(yīng)用需求的差異性，形成了嵌入式工控機(jī)百花齊放的現(xiàn)狀。嵌入式工控機(jī)是面向應(yīng)用，對(duì)性能、成本、功耗、體積有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此，僅從硬件構(gòu)成上看，就包含多種位寬（從 4 位、8 位、16 位到 32 位等）、多種架構(gòu)（如 ARM、PowerPC、MIPS 等）、生產(chǎn)商眾多的各種嵌入式微處理器，外圍接口則幾乎完全是按需設(shè)計(jì)，少有IPC所具有的標(biāo)準(zhǔn)接口；而軟件系統(tǒng)則根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，使用無操作系統(tǒng)的監(jiān)控模式、輕量級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)（如eCos、．NET MF 等）或復(fù)雜嵌入式操作系統(tǒng)（如 Linux／Android、Vx-Works、WinCE 等），但不同平臺(tái)上的應(yīng)用軟件通常不具有通用性。

與IPC相比較，嵌入式工控機(jī)是對(duì)性能、成本、功耗、體積等約束條件進(jìn)行平衡與折衷的產(chǎn)物，很好地滿足了工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，具有廣闊的發(fā)展前景。目前，在系統(tǒng)硬件平臺(tái)上，以ARM 為代表的嵌入式微處理器幾乎覆蓋傳統(tǒng)工業(yè)控制從低端到高端的全部領(lǐng)域，甚至延伸到桌面和服務(wù)器系統(tǒng)；而嵌入式軟件平臺(tái)的多樣性則契合了不同工業(yè)控制應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)功耗、運(yùn)行效率、實(shí)時(shí)性、可靠性及系統(tǒng)安全性要求。

AT91SAM9X25處理器有兩個(gè)2.0A/ B兼容控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）接口，2個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3兼容10/100Mbps的以太網(wǎng)MAC SAM9X25功能。通信接口包括一個(gè)專門的科勝訊的Smart DAA線路驅(qū)動(dòng)器，HS USB設(shè)備和主機(jī)，F(xiàn)S USB主機(jī)，兩個(gè)HS SD卡/ SDIO / MMC接口，USART，SPI接口，I2S，TWIS位和10位ADC的軟調(diào)制解調(diào)器支持。以最小的處理器開銷，以確保不間斷的數(shù)據(jù)傳輸中，SAM9X25加上2 x 8個(gè)中央DMA通道和專用的DMA的高速連接外圍設(shè)備提供了一個(gè)10層總線矩陣。

因此采用AT91SAM9X25處理器設(shè)計(jì)嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)工控機(jī)的高性能、低功耗、低成本、小體積的要求。

二

控制要求

1、采用基于ARM9內(nèi)核的ATMEL工業(yè)級(jí)嵌入式微處理AT91SAM9X25，主頻為400MHz，設(shè)計(jì)一款高性能、低功耗、低成本、小體積的嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。所要求設(shè)計(jì)的嵌入式工控機(jī)以AT91SAM9X25為主處理器，支持128MB DDR2 SDRAM存儲(chǔ)器，1GB NAND Flash存儲(chǔ)器，2路10/100Mbps自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)接口，2路CAN總線接口，4路高速串口，1路調(diào)試串口，2路USB2.0接口，大容量SD存儲(chǔ)卡以及多路GPIO，并支持寬電壓范圍供電（DC9V～DC30V）。

2、所設(shè)計(jì)的嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)必須滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求，包含溫度條件（－40℃～80℃）、濕度條件（5～95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵）要求。

3、所設(shè)計(jì)的嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)必須實(shí)現(xiàn)端口保護(hù)，包含以太網(wǎng)接口、CAN總線接口、串行接口、USB接口等。

4、完成所要求功能嵌入式工控機(jī)的原理圖設(shè)計(jì)，Protel99SE/DXP格式或Cadence格式。

5、選擇完成所要求功能嵌入式工控機(jī)的PCB設(shè)計(jì)，PCB為6層,Protel99SE/DXP格式或Cadence格式。

三

設(shè)計(jì)方案論證

（一）處理器選擇

1.飛思卡爾ARM9

飛思卡爾生產(chǎn)的ARM 9處理器有兩個(gè)系列，i.MX25系列和i.MX28系列。i.MX25以ARM926EJ-S為主處理器，支持128MB DDR2 同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，1GB NAND 閃存儲(chǔ)器，一路10/100Mbps自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)接口，2路CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線接口，4路高速串口，1路調(diào)試串口，2路USB2.0接口，大容量SD（同步動(dòng)態(tài)）存儲(chǔ)卡以及多路GPIO（通用輸入輸出），滿足工業(yè)要求溫度條件（－40℃～85℃），且滿足濕度條件與三防。但是i.MX25只有一路10/100Mbps以太網(wǎng)接口，不滿足設(shè)計(jì)要求。而另一方面i.MX28在價(jià)格上不占優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)比選擇用sam9x25。

2.TI ARM9

TI生產(chǎn)的ARM9處理器有6個(gè)系列：AM1810，AM1808，AM1806，AM1802，AM1707，AM1705。

AM1802主頻為300MHz，支持128MB DDR2 SDRAM存儲(chǔ)器，1GB NAND Flash存儲(chǔ)器，1路10/100Mbps自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)接口，無CAN總線接口，4路高速串口，1路調(diào)試串口，1路USB2.0接口，大容量SD存儲(chǔ)卡以及多路GPIO，并支持寬電壓范圍供電（DC9V～DC30V）。溫度條件（－40℃～90℃）、濕度條件（5～95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵），但不支持LCD。 AM1806主頻為456MHz，支持128MB DDR2 SDRAM存儲(chǔ)器，1GB NAND Flash存儲(chǔ)器，無10/100Mbps自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)接口，無CAN總線接口，4路高速串口，1路調(diào)試串口，1路USB2.0接口，大容量SD存儲(chǔ)卡以及多路GPIO，并支持寬電壓范圍供電（DC9V～DC30V）。溫度條件（－40℃～90℃）、濕度條件（5～95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵）。

AM1808和AM1810主頻都為456MHz，支持128MB DDR2 SDRAM存儲(chǔ)器，1GB NAND Flash存儲(chǔ)器，1路10/100Mbps自適應(yīng)工業(yè)以太網(wǎng)接口，無CAN總線接口，4路高速串口，1路調(diào)試串口，2路USB2.0接口，大容量SD存儲(chǔ)卡以及多路GPIO，并支持寬電壓范圍供電（DC9V～DC30V）。溫度條件（－40℃～90℃）、濕度條件（5～95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵）。

綜上，AM1802由于主頻不滿足400MHz，2路USB2.0接口，2路100兆以太網(wǎng)接口而淘汰，AM1806則由于沒有以太網(wǎng)接口，AM1808與AM1810缺少一路以太網(wǎng)接口而淘汰，AM1707則因?yàn)椴恢С?28MB DDR2 SDRAM以及1GB NAND Flash而棄用。

（二）存儲(chǔ)器選擇

系統(tǒng)使用的存儲(chǔ)器是DDR2和NAND Flash，NAND Flash用于保存系統(tǒng)映像文件及系統(tǒng)配置信息等掉電不可丟失的信息，DDR2用于程序運(yùn)行及運(yùn)行變量信息掉電可丟失。但如果其中任何數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤都會(huì)給系統(tǒng)帶來不可預(yù)知的后果，所以需要確保其穩(wěn)定可靠。

目前生產(chǎn)DDR2和NAND Flash的半導(dǎo)體廠家有海力士（SK hynix），三星，美光（Micron）等。其中海力士生產(chǎn)的DDR2主要服務(wù)于消費(fèi)產(chǎn)品其使用溫度范圍是0℃～85℃，因此不適合本次設(shè)計(jì)要求。考慮到三星生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)DDR2使用不多，應(yīng)該存在某些潛伏的問題。美光的工業(yè)級(jí)DDR2溫度范圍有-40℃～95℃和-40℃～105℃，并且其最大容量是8Gb（1GB）。同時(shí)對(duì)比K4T1G164QE-HCE6 FBGA84和MT47H64M16HR的價(jià)格，兩片K4T1G164QE-HCE6 FBGA84和一片MT47H64M16HR價(jià)格相差不大，同時(shí)參考TI提供的方案最終選擇美光的MT47H64M16HR作為本次嵌入式工控機(jī)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器。

四

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一） 總體設(shè)計(jì)

圖 1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

（二） 電源設(shè)計(jì)

LM2596是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（150KHZ）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23v），并具有完善的保護(hù)電路、電流限制、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。提供的有：3.3V、5V、12V及可調(diào)（-ADJ）等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品。一個(gè)單個(gè)電阻器將開關(guān)頻率調(diào)節(jié)至1MHz。輸出電流高達(dá)2A，效率高達(dá)90%。

圖 2.LM2596電源設(shè)計(jì)圖

LM2596將輸入電源轉(zhuǎn)換成5V，但整個(gè)系統(tǒng)需要多個(gè)電壓支持，因此還需一個(gè)電源管理芯片對(duì)輸入5V進(jìn)行電壓分配及管理。

圖 3.FP6161設(shè)計(jì)圖

（三） DDR2與NAND Flash設(shè)計(jì)

不管對(duì)于PC，還是對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說，內(nèi)存都是一個(gè)必不可少的重要組件。操作系和應(yīng)用程序的運(yùn)行都離不開內(nèi)存，系統(tǒng)映像和程序代碼一般都是先載入到內(nèi)存，然后由CPU加以執(zhí)行，因此內(nèi)存的速度和容量對(duì)于系統(tǒng)性能而言起著至關(guān)重要的作用。

AT91SAM9X25支持一個(gè)64字節(jié)的內(nèi)部ROM嵌入引導(dǎo)程序：NANDFlash的啟動(dòng)，SD卡的DataFlash?或串行數(shù)據(jù)閃存，可編程順序。一個(gè)32字節(jié)的內(nèi)部SRAM，單周期存取系統(tǒng)的運(yùn)行速度，高帶寬，多端口的DDR2控制器，32位外部總線接口支持8行DDR2/LPDDR，SDR / LPSDR的，靜態(tài)的存儲(chǔ)器，MLC /SLC NAND控制器，24位可編程的多比特錯(cuò)誤糾正代碼（PMECC）。

圖 4.DDR2設(shè)計(jì)圖

圖5. NAND Flash設(shè)計(jì)圖

（四） USB設(shè)計(jì)

目前，USB設(shè)備已經(jīng)得到廣泛的引用，USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、USB攝像頭、USB無線網(wǎng)卡等外設(shè)變得越來越普通。通過 USB 接口可以擴(kuò)展各種各樣的功能，這些設(shè)備的使用都需要 USB Host 接口。同時(shí)為了和PC 或者其它 USB Host設(shè)備相連，需要USB Slave。

圖 6.USB2.0設(shè)計(jì)圖

（五）以太網(wǎng)設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，往往需要通過網(wǎng)絡(luò)來傳遞數(shù)據(jù)和其它信息，從而實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同操作與交互，以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的訪問等功能。我們通過把嵌入式工控機(jī)接入到相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，可以獲取同一網(wǎng)絡(luò)中其它設(shè)備的信息和狀態(tài)，還可以向這些設(shè)備發(fā)送相關(guān)的命令，以完成相應(yīng)的設(shè)置和操作。

目前，在工控現(xiàn)場(chǎng)，為了把多個(gè)設(shè)備連接起來可以通過各種現(xiàn)場(chǎng)總線（比如LonWorks，Profibus，CAN總線等等）或者以太網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)技術(shù)具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之一。因此本次嵌入式工控體機(jī)中集成了對(duì)以太網(wǎng)的支持，而若要支持其它現(xiàn)場(chǎng)總線，則可以使用相應(yīng)的總線模塊。由于SAM9X25處理器集成兩路10/100兆的以太網(wǎng)控制器，我們只需要外接千兆以太網(wǎng)收發(fā)器，就能提供對(duì)千兆以太網(wǎng)的支持。本次設(shè)計(jì)選擇的千兆以太網(wǎng)收發(fā)器是DM9161A，另外在以太網(wǎng)收發(fā)器和以太網(wǎng)接口之間還要添加相應(yīng)的變壓器，實(shí)現(xiàn)電壓的隔離和轉(zhuǎn)換，本次設(shè)計(jì)采用的百兆以太網(wǎng)接口是6605814-6其內(nèi)置了變壓器。

圖7.以太網(wǎng)流程圖

（六）串口設(shè)計(jì)

由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低的特點(diǎn)，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在進(jìn)行串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來并進(jìn)行通訊。RS232 接口是目前最常用的一種串行通訊接口，它是在 1970 年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。在RS232 協(xié)議中，信號(hào)線的電壓為負(fù)邏輯關(guān)系，邏輯“1”為-5~-15V，邏輯“0”為+5~+15V，噪聲容限為 2V，也就是說要求接收器能識(shí)別低至+3V 的信 號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào)為邏輯“1”。經(jīng)常使用的串行口有 9 針和25 針兩種類型，這里對(duì)的串行口的引腳定義作簡(jiǎn)單介紹：

圖 8.串口功能圖

實(shí)際上兩個(gè)設(shè)備之間通過三根信號(hào)線（RXD，TXD，GND）就能實(shí)現(xiàn)串行通訊，其它信號(hào)線則用于實(shí)現(xiàn)一些附加功能和專用功能。

SAM9X25處理器內(nèi)部集成了UART 模塊，可以支持2個(gè)UART口，由于其信號(hào)電平還只是 TTL 電平，因此在把這兩個(gè)接口用作 RS232 接口時(shí)，還需要經(jīng)過RS232電平轉(zhuǎn)換芯片把信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為 RS232 電平。本次選用了TI公司的MAX232E來實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，這部分電路圖如圖所示，圖中的UART0_RXD、UART0_TXD兩根信號(hào)線由SAM9X25的UART0模塊引出，標(biāo)號(hào)為CON1的 DB9 接口就可以用于RS232 通訊。另外1個(gè)RS232 接口的設(shè)計(jì)和此類似，由SAM9X25的UART1模塊引出。

圖 9.串口功能圖

（七）3G&WIFI設(shè)計(jì)

3G指無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可以隨時(shí)隨地的使用； Wi-Fi是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。通過這種方式，我們可以遠(yuǎn)程控制我們的設(shè)備。3G模塊，WIFI模塊如下：

圖 10.3G&WIFI模塊設(shè)計(jì)圖

（八） SD存儲(chǔ)卡設(shè)計(jì)

SAM9X25可以支持MMC卡，SD卡以及 Memory Stick等多種存儲(chǔ)設(shè)備，而SD卡的性價(jià)比更高，可以支持最大64G 的容量，使用也比較方便。SD 卡是在 MMC 卡的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它比 MMC 卡多了兩根信號(hào)線用作數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率比MMC快很多，能支持1 Bit 和 4 Bit 兩種模式。MMC和SD卡的信號(hào)描述如圖所示：

圖 11.SD信號(hào)描述圖

除了上面這些標(biāo)準(zhǔn)引腳外，SD 卡插座一般還會(huì)提供 CD 信號(hào)和 WP 信號(hào),分別用來檢測(cè)卡的插入和寫保護(hù)信號(hào)。SD 部分的原理圖設(shè)計(jì)如圖所示：

圖 12.SD卡設(shè)計(jì)圖

（九）數(shù)字輸入輸出設(shè)計(jì)

為應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，外部的數(shù)字信號(hào)要進(jìn)入工控機(jī)里需要對(duì)其進(jìn)行隔離，本次采用簡(jiǎn)單可靠的光電耦合器進(jìn)行輸入隔離，繼電器進(jìn)行輸出隔離。如圖所示：

圖 13.數(shù)字輸入輸出設(shè)計(jì)圖

五

設(shè)計(jì)結(jié)果及分析

按照設(shè)計(jì)要求，選定了器件型號(hào)，設(shè)計(jì)了符合各項(xiàng)要求的基于ARM9的嵌入式工控機(jī)硬件電路，最終布局結(jié)果如下圖所示：

圖 14.總體PCB設(shè)計(jì)圖

最終設(shè)計(jì)電路包含SAM9X25核心系統(tǒng)、電源輸入接口、兩路百兆以太網(wǎng)接口、一路調(diào)試串口、四路高速串口、USB2.0高速主機(jī)接口、大容量SD存儲(chǔ)卡以及多路GPIO、8路數(shù)字輸入接口、并支持寬電壓范圍供電（DC9V～DC30V）。配以合適的外裝箱，可實(shí)現(xiàn)防塵、防水要求。

六

結(jié)束語

從上個(gè)世紀(jì)末以來，微電子、計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，不僅帶來了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人類的生活狀態(tài)改善，同時(shí)也為工業(yè)生產(chǎn)帶來了一次深刻的變革。工控系統(tǒng)引入了計(jì)算機(jī)控制，徹底改變了以往的繼電器接觸器控制，使得工控系統(tǒng)進(jìn)入了自動(dòng)化的階段。以計(jì)算機(jī)為核心的工業(yè)控制系統(tǒng)，可以通過對(duì)工作過程中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、分析處理和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理，使得生產(chǎn)過程按照預(yù)期的要求有條不紊快速精確的運(yùn)行，這不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)提高了質(zhì)量，降低了成本，還將人力從惡劣的工作環(huán)境及復(fù)雜的控制工作中解脫出來?；诟咝阅芮度胧教幚砥鞯那度胧较到y(tǒng)，由于其優(yōu)異的性能和多方面的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中應(yīng)用特別廣泛。