基于ARM控制器的渗炭炉温度控制系统的设计

　　渗碳过程工件质量主要取决于对温度的控制，当今市场中温度控制成型的产品均以单片机为控制器。由于一般单片机的速度比较慢，更重要的是其ROM和RAM空间比较小，不能运行较大程序，而基于多任务的操作系统需要的任务堆栈很多，需要的RAM空间很大，故其在发展上受到了很大限制。其欢在开发环境上，DSP需要开发用的仿真器，其价格比较贵，因此本设计排除了使用DSP。ARM系列的ARM7TDM1核嵌入式处理器目前应用得较多，价格比较低，性价比较好，还有的开发工具ARM SDT，再配以简单的JTAG仿真器，就可以运行嵌入式开发，因此本设计选用韩国三星公司的S3C44BOX芯片作为主控制器。

　　1 Samsung S3C4480X芯片简介

　　Samsung S3C44BOX微处理器采用0．25μm CMOS工艺制造，特别适合应用于对成本和功耗敏感的场合。所有的S3C44BOX都采用新的总线结构——SAMBAⅡ(Samsung ARM CPU嵌入式控制器总线结构)。S3C44BOX突出的特点是其CPU核采用ARM公司的16/32位ARM7TDMI PISC结构(主频为66MHz，可达75 MHz)。ARM7TDMI系列扩充包括Thumb协处理器、片上ICE中断调试支持和32位硬件乘法器。S3C44BOX通过在ARM7TDMI内容的基础上扩展一系列完整的通用外围器件，使系统费用降至，免除了增加附加配置的需要。集成的片上功能描述如下：

       ·在ARMTTDMI的基础上增加8KB的Cache；
　　·外部扩充存储器控制器(FP/EDO/SDRAM控制，片选逻辑)；
　　·LCD控制器(支持256色的DSTN)，并带有一个专用DMA通道的LCD控制器；
　　·2个通用DMA通道，2个带外部请求管脚的DMA通道；
　　·2个带有握手协议的UART，1个SIO；
　　·1个多主机I2C总线控制器；
　　·1个ⅡS总线控制器；
　　·5个PWM定时器及1个内部定时器；
　　·看门狗定时器；
　　·71个通用可缩程I／O口，8个外部中断源；
　　·功耗控制模式：正常、低、休眠和停止；
　　·8路10位ADC；
　　·具有日历功能的RTC(实时时钟)；
　　·带PLL的片上时钟发生器。

　　采用S3C44BOX开发的通用嵌入式系统原理框图如图l所示。

　　2 炉温控制系统的硬件设计

　　温度控制系统采用三相可控硅调电压法调节温度，整个系统采用韩国三星公司的S3C44BOX(16／32位)作为主控制器，并采用Casio的CMD520TTOO-Cl型LED显示，触摸屏为阿尔卑斯电气(Alps E1ectrie)株式会社的ALPS 9，此外还有一个通信串口、A/D转换器、存储器Flash ROM、SDRAM、3个三相可控硅等。外部CPU晶振为8MHz，系统内部时钟为66MHz。系统硬件原理框图如图2所示。

　　2．1 存储器

　　本设计中的程序存储器选择一片2MB×l6位的Flash(SST39VFl60)和一片4M×l6位的SDRAM(HY57V65160B)。其存储器电路连接图如图3、图4所示。

　　如图3所示，处理器是通过片选信号NGCSO与片外Flhsh芯片连接。由于是16位Flash，所以CPU的地址线A1~A20分别与Flash的地址线A0~A19连接。如图4所示，SDRAM分为4个Bank，每个Bank的容量为1M×l6位。Bank的地址由BAl、BA0决定，00对应Bank0，0l对应Bankl，lO对应Bank2，11对应Bank3。在每个Bank中，分别用行地址脉冲选通RAS和列地址脉冲选通CAS进行寻址。本设计中还设置了跳线，可以为用户将内存容量升级至4×2M×l6位。具体方法：使SDRAM的BAO、BAl分别接至CPU的A21、A22和A23脚。SDRAM由MCU专用SDRAM片选信号nCS选通。

　　2．2 串行口接口电路

　　本设计中内部数据通过并行总线到达发送单元后，进入FIFO对列，然后再从发送移相器通过TXDn引脚发送出去。但是为了与计算机通用串行口兼容，还需要使用MAX3232芯片将3．3V的TTL／CMOS电平转换成与普通串行口兼容的信号后，用于与外设进行通信。数据接收的过程刚好相反，外部串口信号需先经MAX3232做电平转换，然后由RxDn进入接收移相器，经过转换后放到接收FIFO对列中，到达数据总线，由CPU进行处理或直接送到存储器中(DMA方式下)。串行口接口电路如图5所示。

　　2．3 人机界面显示设计

　　由于S3C44BOX内部有LCD控制器，故选择不带驱动器的液晶。本设计选择日本卡西欧(Casio)的CMD520TT00-C1型LCD(STN类型)，256色．5．1英寸，320×240像素，其电源电压3．3V，因此可直接和S3C44BOX相连。其LCD控制器端口如图6所示。

  

参考文献:

[1]. ROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[2]. ARM7TDMI datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ARM7TDMI_139812.html.
[3]. SIO datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/SIO_2032367.html.
[4]. A20 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/A20_1063905.html.
[5]. A23 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/A23_1820080.html.
[6]. MAX3232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX3232_1107769.html.
[7]. TTL datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TTL_1174409.html.