嵌入式仪器仪表平台化硬件系统设计研究

牟家正

摘要：电气装置的硬件主要包括四大块:信号传输及控制单元，信号输出模块，能源模块。信号的输入和处理模块主要承担信号的开关量和模数的输出，而中心控制器则承担信号的运算、信号输出和外部通信等方面的工作，以满足不同环境下的平台的需求，同时兼顾了系统的大小和能耗，将多个模块包含在多个效能室内。本文利用已有的软硬件技术，对嵌入式仪器设备的平台设计进行了深入的探讨，对其硬件平台的设计进行了深入的分析，着重对其具体的设计方法进行了深入的探讨，同时对其在实际中的应用进行了深入的探讨。

关键词：嵌入式仪器；仪表硬件设计；应用

1 嵌入式机电仪器仪表硬件平台设计原理

一般而言， I/O界面是针对R10引脚，三星 ARM ARM处理器S3C6410，集成 I/O功能， SPI等多种功能。该系统的基本工作过程是：由数模两种处理电路对输入的讯号进行转换、形成及处理，再由该资源处理单元向中心处理单元传送该处理单元，该单元处理该输入资料，完成一连串的工作，最终向该显示装置传送或储存该资料。

2 机电仪器仪表硬件平台的详细设计

2.1 机电仪器仪表主板硬件平台设计

通过对电源进行电压的模拟和 D转换，再由电源管理单元将所得到的数据传输至中心处理器。中心处理器负责处理输入的资料和完成一套工作。最终，该信号输出组件向该显示器装置传输或存储该该数据。

CPU的模组。嵌入式 BOM处理器需要计算速度快，功能接口丰富，功耗低，能够实现多种通讯，便于与外部系统进行实时通讯，提高了系统的人机接口和 BOM的工作效率。该处理器的软件和软件的集成要易于操作系统的设计者进行。鉴于以上特性，下面将对三大工业级的嵌入式处理器进行对比，从中选出一个最好的解决办法。这三款产品分别是 RMI公司au1250、PXA270 Da Intel、PXA270 Da Samsung、S3C6410 PRECISA。

系统的信号传输模组。这方面的内容很多，比如常用的通讯接口， USB接口，以及触摸屏幕，以及人机接口。S3C6410也是这一块的核心，它的功能是整合， BEM能够为这个方案提供一定的支撑。其中，液晶显示器是最主要的功能，在电子仪表中，液晶显示器主要是用来显示各种测量、控制、动态的电磁波参数，从而达到最好的监测效果。通过触摸屏幕，实现了 AOS系统中所看到的一切，减少了鼠标和键盘的占用，便于用户进行操作，使得系统体积更小，更简洁。

USB作为一种常用的 USB总线，已经发展成目前电脑常用的总线扩充总线。USA的 USB接口是4寸的插口。该系统可以把美国周边装置与 margarita相连，并可以同时接入127个外部装置，这些外部装置可以提供外部电源、总线供电。USB本身还有一个特点，那就是 USB4.0的数据流，它的数据流非常的快速。USB1.0的数据可以是13 mbps, USB3.0是500 mbps, USB4.0是6 Gbps。USB便于 USAR和 TEM使用， USB接口连接优势，热插拔支持，热插拔支持，电源管理等。它能与任何外设相连，例如鼠标，键盘，打印设备，闪存驱动器，移动硬盘， USB网卡等等。对于储存装置来说，这是一个非常便利的界面。该工程采用10 uF和0.01 uF电容，采用0.5 A熔断线来控制电路的电压，防止 USB器件烧毁导致过流。

能源组件的结构。能量模块是所有电子设备的重要组成部分，就如同人类的心脏，其功能也是非常明显的，可以提供源源不断的电力，为整个系统带来巨大的利益。在很多场合下，机械设备的运行条件比较恶劣，因此，如何进行适当的改造，以保证其工作的平稳运行成为人们关心的问题。在便携设备中，一般采用电池，其内部电路提供的 IC电源电压是有差异的，而相同 IC的不同功能的电路所提供的电源电压也是不一样的。S3C6410微机运算核心提供1.2 V的供电， DDR记忆体的 SDRAM提供2.5 V的供电，外围 SPI和I2C等通讯界面提供3.3 V的供电。为了适应各种电路的供电要求，必须对外部供电电压进行适当的变换。

节能工程。在粉尘，振动，油雾和雾的工作场所，仪器和电气设备。这就需要电力供应的可靠度。BOM电力供应系统应具备一定的防护及自愈能力，以防止意外高压、大电流进入及人工故障，保证处理器、记忆体及其它主要的系统组件免于损害，并可降低维修费用。该装置提供欠电压、断电、过电压、逆流及逆流保护等功能。

资源管理模组专案。它是一种由使用者按要求构造的数位电路，由使用者利用特殊的硬件说明文字来设定其逻辑函数。可编程序把数码化的系统整合进了晶片，这一转变，使美国的数码设计方式发生了变化，即：固定的元件，必须用到许多晶片和晶片，耗费更多的能量，而后期的 ASIC设计，则是设计与制造成本，制造设计与制造的时间较久。

2.2 仪表机电功能扩展面板的硬件设计

该系统扩展板的主要作用是对各种传感器所接收到的各种信号进行加工，并将其与 CPLD连接到 CPU，扩展板可以针对各种应用要求，设计出相应的信号输入和处理单元，并与主机箱一起实现具体的测试与控制。为了适应大部分的使用，我们还研制了一个扩展面板。使用者与设计者可以根据需求，在主板上进行各种结构与功能扩展板的设计。

在对多种物理量进行检测时，首先要把物理量转化成电信号。这些电子讯号一般为较弱的模态讯号，无法传送至中央电脑进行讯号加工。这样，模拟数字变换就要求模拟数字变换（A/D）。所以，应该把扩频器的硬件作为一个模拟变换的处理线路来进行。由于目前的传感技术已经发展到一定程度，很多的传感元件都会设置 A/D变换器，并且可以将切换讯号输入到系统中。另外，该扩展架构还整合了 SPI,I2C, UART等通讯界面，以便于与主设备的通讯。通常情况下，需要对信号进行放大、滤波、采样/保留、模数变换，然后将其送入 CPU进行运算。另外，还将针对特定的实际情况，进行相应的配套电路的开发。比如，当一个输入信号转换时，在微伏至伏特时，幅度会有变化。该放大器将弱电讯号的幅度进行放大，以供进一步的运算。样本在一定的时间段内维持接受的输入电压，并且将一个电压值维持在该输出；在信号改变速率太大，并且 A/D变换速率达不到信号改变速率的情况下，取样电路/维持器来拾取并维持该信号。

2.3 硬件可靠性设计

EMC问题是一个不容忽视的基础问题。在不同的工作条件下，仪器及电子机械装置要经受多种冲击与干扰，如静电放电、射线波、高速脉冲组、通讯装置等，而装置中的电路板对 EMI的抵抗会严重地影响到整个装置的 EMC性能。在软件系统的可靠性分析中，电磁环境是影响系统可靠性的重要因素之一。在 PCB的边缘层，采用适当的方法，并按照特定的规范进行，既能消除或减小 EMI，又能使 TEM平台整体的结构和性能得到改善。

3 机电仪器仪表硬件平台测试与应用

3.1 硬件平台的测试

通常，将系统间的缝隙划分成硬体和软体空隙，拥有较强的 SOC处理器的硬体平台，通常都要利用软体与软体结合来进行软体与软体的结合。该系统所使用的主要硬件设施有： PC机， JTAG调试框架，示波器，逻辑分析仪，万用表，+12 V DC电源适配器， SD卡，触摸屏等。所采用的调试工具有安全 CRT5.0,sjf6410编程工具，串行 DNW端口调试工具， OTG动态同步工具。

3.2 硬件平台的应用

在机床的制造中， VAI传动杆受引擎发热而产生的凸轮与外壳产生了径向偏移及“节轴”，严重地阻碍了其工作。为使 EM轴和外壳之间的误差减小或排除，必须对转动轴进行胀大、调节支座的定位。EM重庆机械公司提供了一种即时的检测方法，能够对主轴的径向偏移进行实时的显示，便于操作人员对其进行监测和调节。各种不同的传感器可以用于检测像是电容器和霍尔效应的传感器。通常将位移变换成电压，按客户需求，按此方案进行，主要结构与扩展板相结合，建立试验体系，板内配置有联网、 USB、串行、 USB等，可将资料传送至主机，如主机。集成12比特 A/D数据采集与 VGA的显示界面.

参考文献

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