摘要：介绍了基于ARM的嵌入式温度控制系统主机硬件结构与基于AVR的嵌入式温度控制系统从机硬件结构，选用8M的FLASH和32M的SDRAM作为系统存储器，扩展以太网接口、串行接口等外围通信设备以及输入输出接口。从机采用Atmega128系列单片机，完成温度的采集及向主机发送数据信息。AT91RM9200与Atmega128通过串行口进行通讯。该嵌入式温度控制系统,具有系统扩展性强、可靠性高、响应速度快、体积小等特点。

　　关键词：硬件组成，AT91RM9200，存储器，接口电路，Atmega128

　　温度的测量和控制在嵌入式工业生产中有广泛的应用。目前控制方案主要是采用传统的PLC和单片机进行控制,满足了用户大多数场合的需要。PLC主要是针对单项工程或者重复数极少的项目,灵活性相对不足,并且体积大,成本相对较高,；而单片机主要用于小型设备的控制,尤其是专业电子设备的控制,具有成本低,功耗低,效率高的特点,但是也存在程序一次性拷入后无法修改,对外围设备的控制较低,抗干扰能力差等缺点。本文采用嵌入式技术为用户提供了一种新型的控制方案。
　　一、主机的硬件组成
　　基于ARM的嵌入式温度控制系统主机硬件设计，系统主机硬件结构主要由以下几部分组成：
　　1、电源电路：输入5V，经过DC-DC变换转换为1.8V和3.3V，给系统内各器件提供工作电压。
　　2、晶振电路：18.432MHz有源晶振经过倍频分别为ARM940T核/系统提供180MHz的时钟频率。
　　3、微处理器：即AT91RM9200，是系统的工作和控制中心。
　　4、存储器：可存放引导程序，嵌入式操作系统，用户应用程序或其它在系统掉电后需要保存的数据。
　　5、网络端口：10J100Mbps速率的RJ45接口，为系统提供以太网接入的物理通道。
　　6、串行接口：用于AT91RM9200系统短距离双向串行通讯。
　　二、主机的硬件设计
　　1、电源电路
　　AT91RM9200需要1.8V和3.3V电源，另外，大部分外围器件需要3.3V电源，小部分外围器件还需要5V电源。此处选用了Sipex公司生产的SPX1117M3-3.3型低压差(LDO)稳压器和SPX1117M3-1.8型低压差(LDO)稳压器进行DC-DC变换后为各个器件提供工作电压。
　　2、晶振电路
　　晶振电路用于向AT91RM9200微处理器提供时钟，如图1所示。本系统包括两个晶振，无源晶体振荡器X1(18.432MHz)和X2(32.768kHz)作为系统的主振荡器和慢时钟振荡器，其中32.768kHz晶振为系统提供慢时钟，18MHz晶振通过倍频后为系统提供180MHz的主机时钟。

　　3、AT91RM9200处理器
　　是Atmel公司基于ARM920T核的高性能、低功耗16／32位RISC微处理器，其最高主频为180MHz，其双向、32位外部数据总线支持8位、16位、32位数据宽度，26位地址总线可以对最大64MB空间寻址。是系统的工作和控制中心。
　　4、存储器
　　存储器模块包括Flash存储器和SDRAM存储器两个部分。
　　FLASH存储器用于存放引导程序、嵌入式操作系统、用户应用程序及重要的数据等，即使掉电程序和数据都不会丢失。设计中采用Intel公司生产的28F640J3A，其存储容量为64Mbit(8MB)，工作电压为2.7V～3.6V，采用48引脚TSOP封装，16位数据宽度。
　　SDRAM存储器是是系统代码的运行场所，存放系统运行时的程序和数据，但掉电后该部分程序和数据会丢失[3]。设计中使用2片数据宽度为16位的SDRAM并行运行作为一个32位数据宽度的SDRAM模块,如图2所示。使用的SDRAM电路为Hynix公司的HY57V651620BTC，其工作电压为3.3V，单片存储容量为4组×16Mbit，54引脚TSOP封装，兼容LVTTL电平接口，支持自动刷新和自刷新。

　　5、接口电路
　　（1）网络端口：采用DAVICOM公司的DM9161作为以太网的物理层接口。通过这个接口可以控制和配置很多物理层设备，得到状态和错误信息，并且确定PHY设备的工作方式和功能。
　　（2）串行接口：用于AT91RM9200系统短距离双向串行通讯。使用的电平转换电路为Sipex公司双产的SP3232E。本系统包含1个UART接口，它是两线调试串口，用来连接到超级终端观察AT91RM9200的启动，完成与PC的通讯调试。其原理图如图3所示

　　（3）以太网接口电路
　　在本设计中，使用DAVICOM公司的DM9161作为以太网的物理层接口，它起编码、译码输入和输出数据的作用。同时DM9161提供了IEEE802.3标准定义的Mil，来控制物理层和MAC的数据传输。DM9161使用一个简单的两线制串行接口来通过MII控制物理层并接收来自物理层的信息，其串行控制接口包括MDC(数据时钟)和MDIO(数据输入输出)。Mil串行管理包括一个数据接口，基本寄存器设置和一个针对寄存器设置的串行接口。通过这个接口可以控制和配置很多物理层设备，得到状态和错误信息，并且确定PHY设备的工作方式和功能。
　　将DM9161的REF_CLK端接至50MHz晶振的输出端；DM9161的TXDI，TXD2，TXEN，RXD1，RXD2端接至AT91RM9200的ETXO，ETXI，ETXEN，ERXO，ERXI；DM9161的EXesEN，COL，PWRDWN端分别通过10K电阻接高电平，BGRESG，BGRES之间接6.8K电阻；将DM9161的RXesDV，RXER，RESET，MDC，MDIO端接至AT91RM9200的ECRS，ERXER，NRST，EMDIO，均连接发光二极管，DM9161的TX+，TX-，RX+，EMDC，FDX，SPEED，LINKRX连接网络隔离变压器。
　　三、从机硬件组成及设计
　　1、ATmega128单片机
　　ATMEL公司的AVR单片机是增强型RISC内载Flash的单片机，128K字节的系统内可编程Flash(具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW)、4K字节的EEPROM、4K字节的SRAM、53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器/计数器(T/C)、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8通道10位ADC(具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE1149.1规范兼容的JTAG测试接口，以及六种可以通过软件选择的省电模式。
　　2、系统控制和复位
　　复位时所有的I/O寄存器都被设置为初始值，程序从复位向量处开始执行。复位向量处的指令必须是绝对跳转JMP指令，以使程序跳转到复位处理例程。如果程序永远不会使能中断，则中断向量可以由一般的程序代码所覆盖。

　　3、I/O端口
　　作为通用数字I/O使用时，所有AVRI/O端口都具有真正的读-修改-写功能[5]。输出缓冲器具有对称的驱动能力，可以输出或吸收大电流，直接驱动LED。
　　4、SPI串行外设接口
　　串行外设接口SPI允许ATmega128和外设之间进行高速的同步数据传输。主机和从机之间的SPI连接如图5所示。

　　5、16位定时器/计时器
　　16位的T/C可以实现精确的程序定时、波形产生和信号测量。T/C1、T/C3的普通模式、CTC模式、快速PWM模式、相位修正PWM模式与T/C0、T/C2相同。
　　6、A/D、D/A电路
　　TLC2543是带串行控制和11个输入端的12位模数转换器，用单片机的PC0口接TLC2543的片选端（CS）引脚，PC1口接TLC2543的数据输出端（DATAOUT）引脚，PC2口接TLC2543的地址输入端（DATAINPUT）引脚，PC3口接TLC2543的输入/输出时钟（I/OCLOCK）引脚，采用OP07搭建模拟信号放大电路，将接收到的传感器信号放大，TLC2543的AIN0端接经放大电路后的模拟信号，完成A/D转换。

　　TLC5615是一个十位串行的三线制数字-模拟转换器（DAC），本控制器用单片机的PB0口接TLC5615的片选端（）引脚，PB1接TLC5615的串行时钟输入端（SCLK）引脚，PB2接TLC5615的串行数据输入端（DIN）引脚，TLC5615的DAC模拟电压输出端（OUT）接变频器的调频比端，完成D/A转换。

　　4、结语
　　Atmel公司的32位ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系统实现温度控制，该系统具有扩展性强、可靠性高、测量和控制精度较高、多任务实时调度、响应速度快、体积小等特点，是性价比高的温度控制系统。