嵌入式測控網(wǎng)絡的設計

隨著微電子技術、通信技術、控制技術和半導體技術的飛速發(fā)展以及工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、國防等部門對智能控制要求的不斷提高，嵌入式微處理器被越來越廣泛地應用。為了適應各方面的需求，嵌入式微處理器在運算速度、可擴充能力、系統(tǒng)可靠性、功耗和集成度等方面得到了突飛猛進的發(fā)展。嵌入式微處理器體系結構經(jīng)歷了一個從CISC（Complex In－struction Set Computer）到RISC（Reduced Instruction SetComputer），從4位、8位、16位到32位甚至64位，尋址空間從64kB到16MB甚至更大，處理速度從0．1MIPS到2000 MIPS的過程。

ATmega161是一款基于AVR（Advanced RISC）的低功耗CMOS8位單片機，它以其強大的功能和較高的性價比得到了不少嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者的青睞。其主要特點表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）ATmega161增強型RISC結構方面

●內含2周期乘法器；

●具有32個8位通用（工作）寄存器；

●工作在8MHz時，具有8MIPS的性能；

●具有130條指令，大多數(shù)為單周期指令；

（2）數(shù)據(jù)和程序存儲器方面

●內含16k非易失在系統(tǒng)可編程FLASH；

●具有1k的內部SRAM；

●帶有512字節(jié)非易失在系統(tǒng)編程EEPROM；

●能進行可編程程序加密。

（3）外圍特點

●帶有兩個可編程全雙工UART；

●帶有主／從SPI串行接口；

●具有自身振蕩器的實時時鐘RTC；

●具有2個8位定時器／計數(shù)器；

●帶有1個可預分頻的具有比較、捕捉和雙8／9／10位PWM功能的16位定時器／計數(shù)器；

●具有可編程的內部看門狗定時器；

●片內的模擬比較器可用作A／D轉換；

●帶有35個可編程I／O口。

（4）增強的MCU特點

●可進行上電復位和可編程低壓檢測；

●具有21級內外部中斷源；

●有空閑、節(jié)電及掉電三種節(jié)電模式。

（5）其它特性

●采用40腳PDIP，44腳PLCC及QFP封裝；

●工作電壓為4．0～5．5V。

嵌入式測控網(wǎng)絡的設計

傳統(tǒng)的測控網(wǎng)絡由于連接有很多常規(guī)模擬儀表和執(zhí)行機構以及其它現(xiàn)場設備而具有很多缺點，如一對一結構連線龐雜，工程周期長，安裝費用高，維護不便；模擬信號傳輸精度低，易受干擾；操作員在控制室既不能對其進行參數(shù)調整，也不能對其進行故障診斷，因而會導致操作的“失控”。

所示是筆者設計的以ATmega161為核心的嵌入式測控網(wǎng)絡系統(tǒng)示意圖。圖中的嵌入式控制器通過兩級RS－485總線既可和上位機通信，又可和傳感器以及執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備進行通信。操作人員可直接通過鍵盤、鼠標來完成對執(zhí)行機構的遠程控制，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控；同時，總線似的數(shù)字信號通信可以克服常規(guī)模擬信號傳輸?shù)脑S多缺點，并具有接線簡單、維護方便、精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。