tcpip与rs232协议转换器的设计硬件

tcpip与rs232协议转换器的设计硬件内容摘要：

交由串口发送模块完成，实现RS232串口流与以太网端口流的透明转换。 串口收发控制模块 实现RS232串口数据流的收／发控制，包括微控制器、MAX232等元件。 微控制器控制串口数据收发，接收串口源数据，封装后写入以太网发送缓冲区打包传输；同时，接收以太网应用层的数据，解析并发送给测控设备。 它不关心通信数据的具体意义，只负责接收／发送，封装／拆封串口帧，提供通用接口。 MAX232 接口电路MAX232芯片是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器。 适用。 MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的＋5V电源变换城RS232C输出电平所需10V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的＋5V电源就可以。 现选用其中一路发送/接受。 T1I接S3C4510B的TXD0端，R1O接S3C4510B的RXD0端。 因为MAX232具有驱动能力，所以不需要外加驱动电路。 以太网接口控制芯片 RTL8019AS以太网控制芯片选用RealTek公司高度集成的全双工以太网控制器RTL80l9AS，收发可同时达到l0Mbps速率。 该芯片具有以下特性： 遵循Ether II和IEEE802．3标准； NE2020系列网卡芯片兼容； 具有16位数据线接口和20位地址线接口，支持8／16位的数据模式； 内置16kB的SRAM； 支持跳线和免跳线两种模式， 免跳线模式下支持微软的即插即用模式； 支持8条线路的中断请求； 支持3种标准电源关闭模式。 武汉工业学院 2020 毕业论文第 9 页 共 28 页三. 系统硬件选型 协议转换处理 CPU 选择在一般的协议转换系统中，大多数都使用单片机作控制及处理CPU，这样不但不能保证其实时性，并且由于其寻址空间有限，需要扩展外围电路，使系统过于复杂从而导致系统工作不稳定，所以在本系统中我们选用 Samsung公司的 S3C44B0X 微处理器作为协议转换的控制处理 CPU。 Samsung 公司的S3C44B0X通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器外的元器件配置，从而使系统成本最小化。 S3C44B0X微处理器片内集成ARM7TDMI核，并在ARM7TDMI核的基础上集成了丰富的外围功能模块，包括：8KB cache，内部SRAM，LCD控制器，带自动握手的2通道UART，4通道DMA，外部储存器控制器，带有PWM功能的5通道定时器，具有日历功能的RTC（实时时钟） ，71个通用可编程I/O口，PLL倍频器，8通道10位ADC，I2S总线接口，I2C总线接口和同步SIO接口，大大简化了外围电路的设计。 S3C44B0X采用一种新的三星ARM CPU嵌入总线结构SAMBA2，最大达66MHZ。 选用S3C44B0X一方面可以提高处理速度，另一方面由于 S3C44B0X 的外围集成了丰富的功能模块，简化了控制CPU的外围电路。 S3C44B0X 的引脚分析及系统配置电路S3C44B0X有160个脚，除去系统数据和地址总线之后，由我们来进行配置的引脚就比较少了，配置电路主要完成系统上电后的一些初始化，对系统的稳定工作十分重要。 下面就详细介绍这些引脚，以及如何对这些引脚进行配置。 （1） OM[1:0]: 输入 OM[1:0]设置S3C44B0X在测试模式和确定nGCS0的总线宽度,逻辑电平在复位期间由这些管脚的上拉下拉电阻确定。 00:8bit 01:16bit 10:32bit 11:Test mode 在本系统中采用16bit配置，将OM0通过上拉电阻接电源，OM1通过电阻接地。 （2） OM[3:2]输入：OM[3:2]确定时钟模式。 00 =由晶振(XTAL0,EXTAL0),和PLL on决定 01 = EXTCLK和 PLL on决定10, 11 = 芯片测试模式本系统的时钟由晶振(XTAL0,EXTAL0),和PLL on决定，所以将OM2和OM3都通过10K电阻接地。 （3） EXTCLK输入：当OM[3:2]选择外部时钟时的外部时钟输入信号线，不武汉工业学院 2020 毕业论文第 10 页 共 28 页用时必须接高（）。 在系统中我们选用了晶振做时钟源，所以该脚接地。 （4） XTAL0模拟输入：系统时钟内部振荡线路的晶体输入脚。 EXTAL0模拟输出：系统时钟内部振荡线路的晶体输出脚，它是XTAL0的反转输出信号。 PLLCAP模拟输入：接系统时钟的环路滤波电容（700PF）。 本系统采用外部8MHz的晶振，PLLCAP通过820PF的电容接地。 （5） XTAL1模拟输入：RTC时钟的晶体输入脚。 EXTAL1模拟输出：RTC时钟的晶体输出脚。 它是XTAL1的反转输出信号。 （6） ENDIAN 输入：它确定数据类型是little endian还是big endian，逻辑电平在复位期间由该管脚的上拉下拉电阻确定。 0:little endian 1:big endian：本系统中该脚接地。 （7） AREFT输入：ADC顶参考电压输入。 系统中接电容后接地。 AREFB输入：ADC底参考电压输入。 系统中接电容后接地。 AVCOM输入：ADC公共参考电压输入。 系统中接电容后接地。 （8） nRESET：复位信号，nRESET引脚为低电平达到一定时间后S3C44B0X进复位状态。 在电源打开已经稳定时，nRESET必须保持低电平至少4个MCLK周期。 （9） VDD ：S3C44B0X内核逻辑电压（）。 VSS: S3C44B0X内核逻辑地。 VDDIO: S3C44B0X I/O口电源()。 VSSIO: S3C44B0X I/O地。 RTCVDD:RTC电压(,)。 VDDADC:ADC电压()。 VSSADC:ADC地。 串口引脚描述及其与 S3C44B0X 的接口引脚描述RTL8019AS具有16位数据线接口和20位地址线接口，支持8／16位的数据模式，其数据端口与S3C44B0X的低16位数据线相连，中断请求端口接CPU的外部中断EINT3引脚. 系统网卡接口电路原理图如图3武汉工业学院 2020 毕业论文第 11 页 共 28 页 图 3 网卡接口电路原理图 电源电路 S3C44B0X的时钟电源管理模块集中管理时钟脉冲的发生与电源。 电源管理具有5种模式，使CPU核等基本模块及外围模块的功耗得到优化与配置。 由于本系统对功耗并没有特殊要求，所以我们选用正常模式。 时钟向S3C44B0X的CPU核和外设提供时钟信号，这种模式下，当所有的外设都打开时，功耗达到最高值。 ，所以系统电源由两部分组成。 SP1117的输入最高电压可达25V，最大电流为800mA，完全可以达到系统功耗要求。 电路图如下图4所示：武汉工业学院 2020 毕业论文第 12 页 共 28 页 图4 图5 晶振电路与复位电路 晶振电路用于向CPU及其他电路提供工作时钟，S3C44B0X的时钟源可以是来自外部晶振，也可是来自外部时钟，主时钟来源可以是外部的晶振或外部时钟。 时钟发生器有一个振荡器连接到外部晶振上，同时还有一个PLL把低频震荡器的输出作为自己的输入，产生S3C44B0X所需的高频信号，本系统中采用外部晶振和PLL倍频产生CPU主频的模式。 S3C44B0X使用无源8M晶振，通过 PLL 调整CPU 时钟使得其工作时钟为 64MHz。 武汉工业学院 2020 毕业论文第 13 页 共 28 页 图 6 晶振电路在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。 复位电路可由简单的RC电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。 本系统采用较简单的RC复位电路，经使用证明，其复位逻辑是可靠的。 复位电路如图7所示： 图 7 复位电路两级斯密特触发器电路用于按钮去抖动和波形整形，通过调整R1和C1的参数，可调整复位状态的时间。 该复位电路的工作原理如下：在系统上电时，通过电阻R19向电容C33充电，当C19两端的电压未达到高电平的门限电压时，nRESET端输出为低电平，系统处于复位状态；当C33两端的电压达到高电平的门限电压时，nRESET端输出为高电平，系统进入正常工作状态。 当用户按下按钮S5时，C1两端的电荷被释放掉，nRESET端输出为低电平，系统进入复位状态，再重复以上的充电过程，系统进入正常工作状态。 武汉工业学院 2020 毕业论文第 14 页 共 28 页 实时时钟电路实时时钟RTC器件是一种能提供日历/时钟及数据存储等功能的专用集成电路，常用作各种计算机系统的时钟信号源和参数设置存储电路。 特别是在各种嵌入式系统中用于记录事件发生的时间和相关信息，如通信工程、电气自动化、工业控制等自动化程度高的领域中的无人值守环境。 S3C44B0X片内集成实时时钟RTC单元，在系统关闭的情况下，RTC电源可由后备电池供电，以继续运行。 RTC可通过ARM指令向CPU传送数据。 传送的数据包括秒、分、时、星期、日期、月份和年份。 ，可实现闹钟（告警）功能。 S3C44B0X的实时时钟单元外围电路如图8所示： 图 8 实时时钟电路 FLASH 存储器接口电路 由于S3C44B0X自身不具有ROM，因此必须外接ROM器件来存储放、掉电后仍需要保存的代码和数据。 闪速存储器（Flash Memory）具有非易失性，并且可轻易擦写。 Flash技术结合了OTP存储器和EEPROM的可再编程性能，因此，得到越来越广泛的使用。 在本协议转换中我们选用SST公司推出的容量为1MB16bit的CMOS多用途Flash ROM SST39VF160作为ARM处理器系统的程序和数据存储器。 武汉工业学院 2020 毕业论文第 15 页 共 28 页Flash MemorySST39VF160采用标准总线接。