基于S3C44B0的计量用信号转接装置的设计

　　现有的基于 PC104 的便携式计量装置，只适用于单一型号，种类多，重复建设严重，而且大多采用单机箱结构，内部空间有限，不利于进行功能的扩展，无法满足通用化的要求。现有的计量装置，是将所有的 PC104 功能模块均放置在一个机箱中，这就使得内部连接关系复杂，空间狭小，各种信号交错，电磁环境较恶劣，难以进行功能模块扩展和维护，对机箱自身的故障诊断和电磁环境优化都造成较大困难。

　　因此，在现有装置基础上，将信号控制转接和适配功能独立出来，根据不同计量需要进行功能扩展，此为一个行之有效的解决方案。现有计量装置与信号转接装置关系如图 1。

　　1 总体方案的设计

　　总体的方案是将继电器控制板、信号调理板和多路转换板独立出来，加装信号转接控制器。这样使得适配器能够相对独立地完成控制转接和预处理的功能，而主要的计量工作则由基本装置完成。一旦需要对基本型进行功能改进，就可以较少地改变原有结构，从基本装置和适配器分别进行。很明显，这一做法不仅大大提高了系统的可扩展能力、稳定性和适应性，而且极大改善了基本型的电磁兼容环境，使得对基本进行故障诊断和维护变得简单。图 2 为改进后的计量装置结构示意图。

　　信号转接装置控制器采用嵌入式 CPU S3C44B0 为核心模块，在其外部扩展若干模块后组成信号转接装置，完成信号转接和预处理功能。具体设计可采用下列两种方案：

　　方案 1: 总线驱动方式。在 S3C44B0 外围扩展存储和通信等模块，构成最小系统，并在系统总线上挂接若干 8255 芯片作为控制信号输出;

　　方案 2：IO 驱动方式。在 S3C44B0 外围扩展存储和通信等模块，构成最小系统，由于 44B0 本身提供多达 71 路 GPIO，因此直接采用 44B0 的 IO 口作为控制信号输出。

　　设计中应注意的问题：

　　(1)IO 的初始状态控制：一般要求输出信号在系统加点后，处于零位或其他状态，因此在设计中注意对控制信号的初始状态进行控制;

　　(2)输出信号的驱动能力：信号转接装置中继电器板、多路转换板和信号调理板对控制信号电压电流值的要求;

　　(3)在软件的设计中，由于实现的功能简单，可以不使用操作系统。

　　2 采用 IO 驱动方式实现设计

　　IO 驱动方式主要是利用芯片本身的 GPIO 信号作为控制信号，采用串口和 PC104 主机进行通信，加装 USB 口作为数据采集或其他需要较大数据量传输功能扩展时使用。由于S3C44B0 IO 口驱动输出为 3.3V，不满足通常的 TTL5V 的继电器板和多路转换板的驱动要求，可考虑加装驱动芯片，如SN74ALVC164245 芯片，该芯片同时具有 IO 初态控制的功能。具体设计方案如图 3 所示。