基于單片機(jī)的電子信息傳輸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方立友

（無(wú)錫太湖學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214064）

0 引 言

為解決電子信息的可靠、快速傳輸問(wèn)題和現(xiàn)有電子信息傳輸控制系統(tǒng)的弊端，引入了單片機(jī)對(duì)電子信息傳輸控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。單片機(jī)是一種集成電路芯片，具有可靠性高、處理功能強(qiáng)及響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，可提升電子信息傳輸控制系統(tǒng)的可靠性和傳輸速度。因此，研究了基于單片機(jī)的電子信息傳輸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并采用仿真對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)行性能分析。

1 電子信息傳輸控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 主控芯片選取

主控芯片控制電子信息傳輸過(guò)程[2]。單片機(jī)是系統(tǒng)的核心控制器，因此嚴(yán)格選取單片機(jī)。通過(guò)綜合對(duì)比選擇Spartan生產(chǎn)的DDR3 MIG單片機(jī)作為本系統(tǒng)的主控芯片。該單片機(jī)具備獨(dú)立的多端口總線結(jié)構(gòu)，且邏輯資源與邏輯容量豐富，不僅可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還可滿足自身總線管理器的需求，提升電子信息的傳輸速度[3]。

1.2 AD采集卡選取

AD采集卡是從傳感器和其他設(shè)備中自動(dòng)采集信息，并傳輸給上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理與分析。AD采集卡通過(guò)與計(jì)算機(jī)或者其他設(shè)備的軟硬件產(chǎn)品結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)信息采集。

1.3 無(wú)線通信設(shè)計(jì)

電子信息傳輸控制系統(tǒng)無(wú)線通信采用NRF905無(wú)線射頻控制芯片。NRF905無(wú)線芯片的通信頻道與輸出功率是通過(guò)軟件控制的，符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。當(dāng)NRF905無(wú)線芯片工作時(shí)，該芯片會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和循環(huán)冗余碼對(duì)無(wú)線芯片進(jìn)行自檢驗(yàn)。該芯片與主控芯片通過(guò)4個(gè)引腳連接到單片機(jī)的I/O接口。

1.4 外圍電路設(shè)計(jì)

電子信息傳輸控制系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)分為電源電路設(shè)計(jì)和復(fù)位電路設(shè)計(jì)。電源電路采用直流5 V外置電源模塊進(jìn)行電源輸出，并用低壓差線性穩(wěn)壓器將直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其能支撐設(shè)備進(jìn)行正常工作；復(fù)位電路是對(duì)電路進(jìn)行復(fù)位，使其回到起始狀態(tài)的設(shè)備。本系統(tǒng)主要采用TI公司生產(chǎn)的TPS3823復(fù)位芯片進(jìn)行復(fù)位電路設(shè)計(jì)。

1.5 串口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)

電子信息傳輸控制系統(tǒng)是由多個(gè)硬件構(gòu)成，需要對(duì)連接串口進(jìn)行擴(kuò)展。目前，使用較廣泛的串口擴(kuò)展方案為硬件擴(kuò)展和軟件擴(kuò)展。電子信息傳輸控制系統(tǒng)串口擴(kuò)展主要采用硬件擴(kuò)展方案，主要采用專用的串口擴(kuò)展芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。選擇威肯公司生產(chǎn)的VK3266串口擴(kuò)展芯片實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的串口擴(kuò)展。VK3266串口擴(kuò)展芯片支持多種接口，其擴(kuò)展方式不需要地址線控制，只需要通過(guò)自身的協(xié)議處理器就可實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展。

2 電子信息傳輸控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 AD電子信息采集控制模塊

AD電子信息采集控制模塊是對(duì)AD電子信息采集的過(guò)程進(jìn)行控制。AD采集卡具有三種工作模式，Warp模式下AD采集卡的采集效率最快。因此，本系統(tǒng)采用AD采集卡Warp工作模式對(duì)電子信息進(jìn)行采集與處理。需注意，若時(shí)間間隔超過(guò)1 s，就會(huì)對(duì)電子信息的采集精度產(chǎn)生極大影響。

通過(guò)AD采集卡得到電子信息集合為：

2.2 電子信息傳輸邏輯模塊設(shè)計(jì)

電子信息傳輸邏輯模塊設(shè)計(jì)采用USB傳輸總線，實(shí)現(xiàn)主控芯片與其他硬件之間的多節(jié)點(diǎn)電子信息傳輸。對(duì)電子信息傳輸邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)，即對(duì)電子信息傳輸模式、傳輸格式以及傳輸協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電子信息傳輸模式采用分布式鏈路傳輸，可實(shí)現(xiàn)電子信息的快速傳輸，提升電子信息傳輸控制系統(tǒng)的整體速率。

電子信息傳輸格式為：起始符為0xBO，目的地址為X，源地址為X，結(jié)束符為0x16，電子信息正文為X。

電子信息傳輸協(xié)議是對(duì)電子信息分布式鏈路傳輸?shù)墓芾砼c控制過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明和敘述，通過(guò)主控芯片控制電子信息傳輸過(guò)程。

2.3 通信模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以以太網(wǎng)進(jìn)行通信，采用DM9000以太網(wǎng)控制芯片作為通信模塊的控制中心。對(duì)DM9000以太網(wǎng)控制芯片初始化，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置來(lái)實(shí)現(xiàn)初始化過(guò)程。設(shè)定全工模式，以保障系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信。

3 電子信息傳輸控制系統(tǒng)性能分析

為驗(yàn)證本系統(tǒng)的性能，設(shè)計(jì)仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將參加實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)有電子信息傳輸控制系統(tǒng)作為對(duì)照組，將設(shè)計(jì)的電子信息傳輸控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)組。主要通過(guò)系統(tǒng)可靠性和電子信息傳輸速率對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。

3.1 系統(tǒng)可靠性分析

系統(tǒng)可靠性通過(guò)可靠指數(shù)來(lái)顯示，可靠指數(shù)越高，系統(tǒng)的可靠性越好，性能越高。系統(tǒng)可靠指數(shù)對(duì)比情況如圖1所示。

由圖1可知，實(shí)驗(yàn)組的可靠指數(shù)遠(yuǎn)高于對(duì)照組，因此實(shí)驗(yàn)組的可靠性好于對(duì)照組。

3.2 電子信息傳輸速率分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到兩組電子信息傳輸速率對(duì)比情況，如表1所示。

由表1可知，實(shí)驗(yàn)組電子信息傳輸速率平均值比對(duì)照組高27.7%。因此，本文系統(tǒng)提升了系統(tǒng)的可靠性和電子信息傳輸速率。

圖1 系統(tǒng)可靠指數(shù)對(duì)比情況圖

表1 電子信息傳輸速率對(duì)比情況表

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的電子信息傳輸控制系統(tǒng)極大地提升了系統(tǒng)的可靠性和電子信息傳輸速率，可為電子信息領(lǐng)域提供更好的服務(wù)。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中弱化了干擾作用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有少量偏差，因此，需進(jìn)一步研究基于單片機(jī)的電子信息傳輸控制系統(tǒng)。