采用Atmega128單片機(jī)設(shè)計(jì)的嵌入式控制器，模擬量輸入通道用Atmega128片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器，輸出用AD421?D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字量I/O通道配置高速先耦器件.用LCCavr編譯器修改OSTaskStklnit()函數(shù)及其相關(guān)文件，定義數(shù)據(jù)類型等以實(shí)現(xiàn)MICroC/OS-Ⅱ的移植.

1 引言

嵌入式控制器是機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的核心部件。故以大型機(jī)電設(shè)備為控制對(duì)象，利用高性能Atmega 128微處理器， 設(shè)計(jì)了具有現(xiàn)場(chǎng)總線(CANBUS)網(wǎng)絡(luò)通信和一定通用性的多功能嵌入式智能控制器。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1。

本控制器的核心采用64管腳TQFP封裝的Atmega128芯片，具有53個(gè)可編程的I/O引腳，片內(nèi)集成有128KB閃存、4KB EEPROM 和4KBSRAM，適合I/O通道和存儲(chǔ)空間的需求。

(1)模擬量輸入通道

模擬量輸入通道采用Atmega128片內(nèi)的8通道1O位A/D轉(zhuǎn)換器。其信號(hào)輸入部分可以根據(jù)具體的信號(hào)情況選擇使用圖2所示的多功能輸入信號(hào)調(diào)理電路。在電壓信號(hào)輸入時(shí)可以由R1和C構(gòu)成低通濾器(R2開路);R1和R2可以構(gòu)成輸入信號(hào)分壓電路(電容c開路);對(duì)于4-20mA電流輸入信號(hào)，R2使用250Q的精密電阻即可變換為1～5V的信號(hào)(R1短路、C開路)。在電路版上設(shè)計(jì)有對(duì)應(yīng)多功能信號(hào)調(diào)理電路焊位元件的位置，可根據(jù)需要白行選擇使用。8路模擬量輸入部分占用的是ATMEGA128的PF0～PF7。

(2)模擬量輸出通道

模擬量輸出通道單元電路設(shè)計(jì)方案如圖3。D/A轉(zhuǎn)換器采用AD公司的AD421，它是一種單片低功耗、高精度的電流輸出型DAC芯片，4～20mA 的輸出可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行元件。該芯片的數(shù)字接口為標(biāo)準(zhǔn)HART?(三線)或其它FSK協(xié)議，DAC為16位分辨率，單調(diào)性輸出。采用回路供電方式，內(nèi)含電源調(diào)整器為本身和外圍器件供電。在工業(yè)控制中，通常輸入量要多于輸出量，所以只設(shè)計(jì)Atmega128的PAO～PA7，PE2、PE3、PE6、PG4引腳通過4個(gè)光電隔離器(6N137)與4個(gè)AD421相連，構(gòu)成4路模擬量輸出。

(3)數(shù)字量輸入/輸出通道

數(shù)字量I/O通道各配置8路高速光耦隔離通道。光耦器件選6N137，其開關(guān)延遲tpd僅75ns，而普通光耦器件開關(guān)延遲有3～6μs。I/O通道接口安排在Atmega128的PB0～PB7、PD0～PD7。

(4)CAN總線接口

選擇獨(dú)立的CAN通信控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器82C250和高速光電耦合器6N137與微控制器Atmega128進(jìn)行設(shè)計(jì)。微處理器Atmega128負(fù)責(zé)SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。

CAN總線接口如圖4。SJA1000的AD0～AD7連接到Atmega128的PC 口，CS連接到Atmega128的PG3。PG3為0時(shí)CPU片外存儲(chǔ)器地址選中SJA1000，CPU通過地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行讀/寫操作。SJA1000的RD、WE、ALE與Atmega128的引腳相連，INT 接Atmega128的PE7，Atmega128可通過中斷方式訪問SJA1000。

(5)與PC機(jī)的串行通信

考慮到智能控制節(jié)點(diǎn)要接收從RS232串口來的數(shù)據(jù)，因而采用了Atmega128的串行口進(jìn)行中斷接收，所用的引腳是PE0、PE1。通過MAX232進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

(6)脈沖輸入脈沖輸出

由于輸入信號(hào)的多樣性，增加了PI/PO部分。