解讀三種嵌入式系統控制電路設計

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嵌入式系統是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”，為控制、監視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備，核心是由一個或幾個預先編程好以用來執行少數幾項任務的微處理器或者單片機組成。本文將介紹三種基于嵌入式技術應用電路設計，分別是電機驅動控制器、SOHO路由器電路與嵌入式語音識別電路�！　‰姍C驅動控制器
　　采用DSP芯片和外圍電路構成速度捕獲電路，電機驅動控制器采用微控制芯片和外圍電路構成了電流采樣、過流保護、壓力調節等電路，利用CPLD實現無刷直流電機的轉子位置信號的邏輯換相。賽車剎車控制器是由防滑控制器和電機驅動控制器組成。兩個控制器都是以DSP芯片為核心。防滑控制器主要是以滑移率為控制對象，輸出給定的剎車壓力，以 DSP芯片為CPU，外加賽車和機輪速度信號調理電路等。電機驅動控制器主要是調節剎車壓力大小，并且控制電動機電流大小，也是以DSP芯片為CPU，再加外圍電路電動機電流反饋調理電路、過流保護電路、剎車壓力調理電路、四組三相全橋逆變電路等構成電機驅動控制器。
　　信號處理電路：賽車防滑控制器主要是以滑移率為控制對象，防止賽車打滑，由滑移率的偏差大小調節后輸出壓力參考值，以跟蹤給定的滑移率大小。防滑控制器上必須有賽車前輪和剎車機輪速度信號的調理電路，主要是為了得到反饋的滑移率。賽車速度信號是以自由滾動的賽車前輪速度信號代替。在賽車的前輪與剎車機輪上都裝有測速傳感器，當輪子轉動時，測速傳感器會產生正弦波形式的交流信號，機輪每轉動一圈，測速傳感器發出50個周期的正弦交流信號。正弦交流信號的振幅隨輪子速度的變化而變化，其信號為偏壓2.5V，峰值為0.3V，最大信號幅值不超過5V的正弦波信號。
　　

　　電流采樣及過流保護電路：無刷直流電動機的電流是通過功率驅動電路母線上的電阻進行檢測的。母線上面的電阻是由兩個0.01Ω的功率電阻并聯，采樣電路是通過這兩個并聯的采樣電阻進行電流采樣的，采樣電阻將電流信號轉換為電壓信號，電壓信號送到電流監控芯片進行放大，然后經過由OPA2344（＄0.8875）構成二階有源濾波電路濾波，最后得電流反饋信號，直接送到A/D轉換器。
　　

　　硬件過流保護電路，對系統的正常工作起到很重要的作用，主要是對功率器件MOSFET和電動機的保護。系統還帶有軟件保護功能，過流信號 OVCURX送到 DSP的輸入引腳，當OVCUR為高電平時，DSP會產生電機控制轉動信號ENABLE關斷邏輯信號，使電機停轉。芯片IR2130（＄5.6212）自身帶有過流保護功能。
　　SOHO路由器電路
　　利用Linux內核支持IPMasquerade技術實現NAT轉換，實現多臺主機共享訪問因特網。IPMasquerade工作原理：客戶機將實現IPMasquerade的Linux機器設置為缺省網關，當IPMasquerade的Linux機器收到客戶機的數據包時，對其進行改寫，將源地址替換為自己的IP地址，將源端口號換成一個新的端口號，并且對該過程進行記錄;當接收到響應數據包時，如果其端口號正是先前所指定的端口號則再對該數據包進行改寫，將其目的IP地址及目的端口號替換為原來記錄的客戶機IP地址和端口號，然后再發送給客戶機。
　　

　　S3C2410X微處理器通過系統總線連接FLASH和SDRAM構成存儲系統，系統上電后，微處理器從FLASH中讀取初始化程序，SDRAM為程序運行和數據處理和轉發提供臨時存儲空間。以太網控制芯片DM9000，經單端口隔離變壓器和RJ45接口與互聯網相連。DM9000 通過MII（獨立媒體接口）與交換控制芯片RTL8305SC的PORT4口相連，RTL8305SC經過4端口隔離變壓器和四個RJ-45接口連接局域網集線器，交換機或電腦，進行數據交換或通過微處理器控制與廣域網連接。
　　DM9000與S3C2410X、RJ45接口電路如圖所示，DM9000E芯片的引腳INT與S3C2410X芯片的外部中斷信號 EINT14相連，S3C2410X片選信號nGCS4和地址線MA2分別連接DM9000的AEN引腳和CMD引腳。SA6到SA0對應地址總線，而 SA9與SA8引腳設置為高電平，SA7引腳設置為低電平，用來片選DM9000;3C2410X的nOE引腳連接DM9000的讀引腳IOR#，nWE 引腳連接DM9000的寫引腳IOW#，并將S3C2410X數據線MD［0..15］與DM9000的數據線SD［0..15］連接，實現數據傳輸。將 RTL8305S第5端口設定為一個MII接口與以太網控制芯片DM9000RMII接口相連，RTL8305S與四端口隔離變壓器和RJ45接口相似。
　　嵌入式語音識別電路模塊
　　服務機器人以服務為目的，因此人們需要一種更方便、更自然、更加人性化的方式與機器人交互，而不再滿足于復雜的鍵盤和按鈕操作�；�于聽覺的人機交互是該領域的一個重要發展方向。目前主流的語音識別技術是基于統計模式。然而，由于統計模型訓練算法復雜，運算量大，一般由工控機、PC機或筆記本來完成，這無疑限制了它的運用。嵌入式語音交互已成為目前研究的熱門課題。 嵌入式語音識別系統和PC機的語音識別系統相比，雖然其運算速度和內存容量有一定限制，但它具有體積小、功耗低、可靠性高、投入小、安裝靈活等優點，特別適用于智能家居、機器人及消費電子等領域。
　　模塊的核心處理單元選用ST公司的基于ARMCortex-M3內核的32位處理器STM32F103C8T6。本模塊以對話管理單元為中心，通過以LD3320芯片為核心的硬件單元實現語音識別功能，采用嵌入式操作系統μC/OS-II來實現統一的任務調度和外圍設備管理。經過大量的實驗數據驗證，本文設計的語音識別模塊具有高實時性、高識別率、高穩定性的優點。
　　語音識別電路
　　

　　圖3為語音識別部分原理圖，參照了ICRoute發布的LD3320數據手冊進行設計。LD3320的內部集成了快速穩定的優化算法，不需外接Fla-sh、RAM，不需要用戶事先訓練和錄音而完成非特定人語音識別，識別準確率高。圖中，LD3320采用并行方式直接與 STM32F103C8T6相接，均采用1kΩ電阻上拉，A0用于判斷是數據段還是地址段；控制信號，復位信號以及中斷返回信號INTB與 STM32F103C8T6直接相連，采用10kΩ電阻上拉，輔助系統穩定工作；和STM32F103C8T6采用同一個外部8 MHz時鐘；發光二極管D1、D2用于復位后的上電指示；MBS（引腳12）作為麥克風偏置，接了一個RC電路，保證能輸出一個浮動電壓給麥克風。
　　編輯點評：
　　嵌入式語音識別電路模塊對話管理單元為中心，通過以LD3320芯片為核心的硬件單元實現語音識別功能，采用嵌入式操作系統μC/OS-II來實現統一的任務調度和外圍設備管理，設計的語音識別模塊具有高實時性、高識別率、高穩定性的優點。文中對電機驅動控制器電路、SOHO路由器電路與嵌入式語音識別電路進行了深行次分析，請讀者細細品讀。

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