嵌入式智能操作面板设计

　　1 引言

　　工业控制领域中控制系统的各个控制台如采用硬线连接，参数设定、操作性都会比较复杂，不利于技术人员安装、调试及维修。嵌入式智能操作面板是可安装于控制台中的电子仪器，其目的是应用网络技术减少硬线连接，增加控制台的可靠性。

　　随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展，特别是各种高性能 SOC(system on chip)的设计开发和嵌入式操作系统的出现，嵌入式系统日益广泛地应用于工业控制、移动通信、家用电器以及消费电子等设备中。ARM 是目前公认的业界领先的 32 位嵌入式 RISC(reduced instructions setcomputer)微处理器，具有体系结构可扩展、功耗低、成本低和支持管理实时多任务等特点。作为一种人机交互接口，以其体积小、重量轻和耗电低等优点在嵌入式系统中得到了广泛的应用。它可以显示各种字符和图形，实现复杂的 GUI(graphics userinterface)功能。

　　本文采用 SAMSUNG 公司生产的一款基于ARM920T 内核的 32 位 RISC 微处理器 S3C2410X作为核心控制器[1]，软件设计移植了实时操作系统Windows CE，以 Embedded Visual C++软件进行程序开发，作为对原有消磁控制设备的技术改造而进行的原理样机的研制。

　　2 嵌入式智能操作面板的设计

　　嵌入式智能操作面板功能可分为：信号采集、数据处理、数据交换、数据显示。系统结构如图 1所示，操作键盘输入命令等信息送入核心控制器;核心控制器完成接收用户输入信息，定期与 PLC 或上位机通信，提供友好的人机界面环境、控制 LCD显示等。

　　嵌入式智能操作面板设计了多种常用通信接口与控制设备相适应，系统状况和用户命令都要通过与 PLC 的通信进行交换，可用串行通信接口经DP 协议转换模块转换来实现。串口通信使用最简单的串口硬件连接和通信协议：只使用发送(TXD)、接收(RXD)和地这三根线，不使用其他握手信号线，软件自行编写。同时还可以提供以太网接口，通过以太网交换机与上位机进行通信。如需进一步扩展 I/O 读写能力，可扩展 SPI 接口连接多路 I/O 模块，提供需要的 I/O 能力。

　　图 1 虚线框中设备为外部设备，同时，图 1 也描述了数据的流向。

　　3 嵌入式智能操作面板的硬件设计

　　嵌入式智能操作面板由核心控制器、LCD 显示屏、串行接口、以太网接口、操作键盘及电源模块等组成。

　　核心控制板为核心控制单元，处理采集到的数据，实现 LCD 显示及发送数据进行通信。核心控制板用 S3C2410(ARM920)芯片为处理器，带一片 64 M SDRAM、一片 64 M NAND FLASH。该处理器是一款应用目标定位在手持设备和一般类型设备的 32 位处理器，能够为提供低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。S3C2410 提供了丰富的内部设备，包括 MMU 虚拟存储器管理，LCD控制器(支持 TFT)，支持 NAND FLASH 系统引导，支持 3 通道 UART，4 通道 DMA 以及 USB 主机、USB 设备等。