基于嵌入式系统的数据记录分析仪的硬件设计

　　随着科学技术的发展和我国工业自动化程度的提高，大量的自动化设备和仪表已经广泛应用于各大厂矿的工业现场。这些设备和仪表大多具有数据采集，传送，联网的能力，然而在现场应用中，往往需要对各个设备的相关数据进行实时记录与及时分析。本文所设计的系统就是为了满足这样的需求。本系统以S3C2410为核心，采用linux实时操作系统，结合嵌入式设备与网络技术的优点，有可连接设备数量多，速度快，功能多及可扩展性强等优点，可完成大量电力设备的集中监控，显著提高用户自动化系统的可靠性，节约大量的人力物力。

　　1 系统的总体结构

　　系统的组成部分和主要功能如下：

　　1)上位机部分，主要负责远程的信息配置与数据采集，记录，与处理。

　　2)数据记录分析仪部分：主要负责现场的信息配置和数据记录与处理。

　　3)单片机系统：主要负责环境信息的采集，监控，处理。

　　2 系统的硬件设计

　　记录仪的硬件系统由核心板与主板2部分构成。其中核心板主要负责CPU与RAM存储器，Flash存储器等的搭建。主板包括整个系统的电源部分，以太网通信部分，CAN通信部分，485通信部分，串行通信部分，显示部分，数据存储部分，CPLD部分等。核心板与主板通过双排插针的结构连接。

　　硬件设计的的结构图如图1所示。

　　2.1 核心板的设计

　　核心板主要由CPU S3C2410、内存SDRAM、闪存NANDFlash、晶振电路、启动配置电路等几部分构成。

　　CPU S3C2410A的内部仅仅集成了4 k大小的SRAM，用作系统程序的引导程序空间，所以需要扩展一定容量的RAM，用来用作主程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0x0处读启动代码，完成系统初始化后，程序代码一般都调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈，运行数据也都放在SDRAM中。SRAM中的引导程序完成以后，会将操作系统镜像加载到SDRAM中。本系统的SDRAM由2片HY57V561620T构建成1个32位的SDRAM存储结构。HY57V561620T是1个268 435 456位的CMOS SDRAM芯片，能够很好地满足大容量高宽度的存储需求。

　　本系统中使用的Flash为三星公司的K9F1208，容量为64 MB，采用块页式存储管理，8个I/O引脚充当数据，地址，命令的复用端口。

　　2.2 主板的设计

　　如上所述，主板负责整个系统的电源部分，以太网通信部分，CAN通信部分，485通信部分，串行通信部分，显示部分，数据存储部分，CPLD部分等。

　　2.2.1 电源模块的设计

　　CPUS3C2410A芯片的各个模块采取独立供电，其中，内核在200 MHz工作时，工作电压是1.8 V，在266 MHz工作时，工作电压是2 V，存储器和I/O的工作电压是3.3 V，所以本系统采用一个+5 V的开关电源模块，然后再分别将+5 V电压处理成3.3 V电压和1.8 V电压。其中3.3 V电压是用低压差线性电压源通过+5 V调整得到的。直流5 V电压经外部接入，经过电源的滤波，输出平稳的，5 V可用的电压，通过LM1117T的调整可以得到可用的3.3 V电压。最后在输出端接入一个100μF的钽电容，来改善其瞬态响应和稳定性。原理图如图2所示。