基于嵌入式系统的检测平台硬件设计

　　摘要：电台的备件检测是备件保养的一个难题，本文提出了一种以ＡＲＭ和ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ为开发平台，以ＭｉｎｉＧＵＩ为图形界面的备件检测平台的设计方案。首先分析了备件检测的重要性，然后重点设计了备件检测平台的总体框架，描述了其各组成模块及其实现的功能，通过硬件和软件设计实现了备件检测平台。

　　１　引言

　　通信电台的备件物理保养非常重要，而作为提供电台使用的备件，维护其电气性能的正常才是根本的目的。因此，研制一种方便实用的加电检测平台，用于通信电台的备件加电检测，是非常有必要的。本文采用嵌入式的设计思想，设计并实现一种备件检测平台，可以加电检测多种备件的电气特性，同时具有体积小、便携式等优点，给实际工作带来极大的方便。

　　本平台主要实现的功能是：通过软件控制，备件检测平台在备件板加电检测过程中，同步跟踪备件板的接口输出信号状态，进行状态检测；如果备件板出现故障则发出警报。同时实现平台管理功能、自动提醒功能、安全保护功能和平台帮助等功能。

　　２　备件检测平台的硬件设计

　　备件检测平台的硬件原理框图如图１所示，主要由五大模块组成：

　　（１）控制模块

　　嵌入式控制单元采用Ｓａｍｓｕｎｇ生产的　Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ微处理器，也是嵌入式系统硬件构成中的控制部件。其片内集成ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核，并且具有丰富的外围功能模块，方便了各种嵌入式外围设备如各种存储器、输入输出设备、人机接口的显示器／键盘、串行通信接口的使用，便于低成本设计嵌入式应用系统。

　　（２）电源模块

　　由于平台需要适应多种机型的多种备件板，需要提供的电源种类很多，有±５Ｖ，±１２Ｖ，±１５Ｖ，＋１８Ｖ，＋２４Ｖ等多种电源，而且每种备件板所用电源种类不同，不可能同时使用全部电源，所以电源模块的选择采用可控电源。

　　（３）信号源模块

　　同电源模块一样由于平台要适应多种备件板，所以需要提供的信号种类很多，而且频率和幅度差异都较大。信号源设计要求可以提供正弦波、方波等信号，同时频率覆盖１ｋＨｚ￣５００ＭＨｚ，输出幅度频率可调且可受控制单元控制，至少大于２Ｖ。信号源至少两路。

　　信号源为了适应各种短波、超短波通信装备备件板，必需做到频率变化范围宽，频率间隔小。为了适应以上要求，信号源采用直接数字频率合成结合锁相环路的方法，即ＤＤＳ＋ＰＬＬ。为了实现宽频带，锁相环路的压控振荡器分频段设计。嵌入式控制模块通过控制ＤＤＳ的频率控制字来改变频率间隔，同时通过改变可变分频比Ｎ来改变输出频率。

　　图１　备件检测平台的硬件原理框图

　　（４）信号测量和状态检测模块

　　测量模块包括对输出交流信号（包括射频信号和音频信号）的幅度和频率的测量，对输出直流信号电平的测量以及对输出状态信号的状态位提取。

　　Ａ、交流毫伏表

　　实现备件板输出交流信号幅度的测量。输入信号幅度范围：１０ｍＶ￣５Ｖ。对于高频信号使用ＲＦ／ＤＣ转换再用ＡＤ变换得到数字化的交流平均值。

　　Ｂ、频率计

　　实现备件板输出交流信号频率的测量。输入信号频率范围：１ｋＨｚ￣２００ＭＨｚ。采用计数器测频法。

　　Ｃ、直流电压测量电路

　　实现备件板输出直流信号电压的测量。输入信号幅度范围：１００ｍＶ￣１００Ｖ。

　　Ｄ、数字信号状态检测电路

　　实现备件板输出数字信号的检测，通过该电路将母板上的数字逻辑信号以一定的格式传递给控制系统。

　　（５）测试母板模块

　　母板上由一系列的通用接口连接电源、信号源和各种测量电路。母板提供一系列的继电器，针对不同的备件板，来选择电源、信号源等的具体输入值。同时在控制模块的控制下，将输出信号采样值送给各个测量设备。母板的原理框图如图２所示：

　　图２　母板原理框图

　　为实现备件检测平台的功能，备件检测平台的软件设计，首先采用嵌入式操作系统建立开发环境，然后软件编辑图形界面程序，在ＰＣ机上编译调试，移植应用程序到目标机。本平台的软件采用软件工程的思想进行设计与开发，便于平台的升级和维护。

　　３　　备件检测平台的实现

　　硬件的实现过程主要由电路设计软件Ｐｒｏｔｅｌ９９进行设计实现，同时采用制版厂商进行制版。因平台中采用ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ操作系统，处理芯片选择处理器芯片Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ，实践证明可满足ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ正常运行的条件。

　　通过分析平台的功能需求，确定任务数，任务使用的堆栈大小，还有使用变量传递方式等，来相应的修改以下文件：ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ的头文件‘ＩＮＣＬＵＤＥＳ．Ｈ’、ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ、ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ｃ．Ｃ和ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ａ．ＡＳＭ。移植的主要工作集中在ＯＳ＿ＣＰＵ＿Ａ．ＡＳＭ中，因任务的真正切换，需要编写４个简单的汇编语言函数ＯＳＳｔａｒｔＨｉｇｈＲｄｙ（）、ＯＳＣｔｘＳｗ（）、ＯＳＩｎｔＣｔｘＳｗ（）、ＯＳＴｉｃｋＩＳＲ（）。在实际设计时，利用ｈｍ７０１ＥＳＰ目标开发平台对ＵＣ／ＯＳ－ＩＩ的成功移植范例，大大减少了移植的工作量，也增加了移植的成功率。

　　人机界面设计方面使用ＭｉｎｉＧＵＩ，ＭｉｎｉＧＵＩ是一种跨操作系统的、面向嵌入式的轻量级图形界面支持系统。该平台提供了完备的多窗口机制，实现简化了的ｗｉｎｄｏｗｓ界面，驾驶员易于操作。同时，ＭｉｎｉＧＵＩ中还含有多种控制控件，大大简化了编程的工作量，提高了程序的质量。

　　软件流程图的开发过程如图３所示：

　　图３　备件检测平台软件流程图

　　４　　结论

　　本文提出了一种基于嵌入式系统的备件检测平台设计方案，由于采用嵌入式操作系统，将检测设备小型化，便携化，同时在这样的大型化检测平台中使用嵌入式系统便于应用程序的扩充和升级。更重要的是为维护备件电气性能的正常使用，提供了一种检测手段。

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