铁电存储器在多CPU自动识别控制系统中的应用.docx

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1、铁电存储器在多CPU自动识别控制系统中的应用 align=left摘要：本文通过对以4门门禁控制器为代表的自动识别控制系统的功能介绍，比拟具体的给出了多cpu方式作为主控方式的方案设计，巧妙的利用了铁电存储器FM3808的掉电数据保存、时钟以及可监控系统的高度集成的特点，同时通过FM24c16作为中枢桥梁解决了过去多CPU数据交换的瓶颈，进而建立起一个灵敏、廉价、功能强大的多口数据收集控制系统的框架。关键字：自动识别多CPU系统FM3808FM24c161、自动识别控制系统简介自动识别技术是将数据自动识读、自动输入计算机的一种方法或者手段。它是包括条码技术、磁条卡技术、光学字符识别、系统集成化

2、、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、机电、通讯技术为一体的综合性高新科学技术。自动识别技术提供了快速、准确地进展数据收集输入的有效手段，解决了手工数据输入速度慢、错误率高等造成的“瓶颈难题，因此自动识别技术作为一种革命性的高新技术，日益为人们所承受。自动识别控制系统那么是集微机自动识别技术和当代平安治理与控制措施为一体的系统，它涉及电子，机械，光学，计算机技术，通讯技术，生物技术等众多新技术。是解决重要部门出入口实现平安防范治理的有效措施。包括出入口门禁平安治理系统、电梯控制系统、车辆进出控制系统、物业消防监控系统、保安巡检治理系统等，适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机

3、要室、办公间,智能化小区，工厂等。自动识别控制系统在工作环境平安、人事考勤治理等行政治理工作中发挥着宏大的作用。因此设计一款性能价格比拟高的产品将有着广泛的应用前景。2、自动识别控制系统的功能组成作为一种通用性强、功能齐全的自动识别控制系统，应该具有诸多组成要素。下面我们就以一个4门门禁控制器为例来讲明，它的功能模块组成如下：4路开门继电器控制电路+1路报警继电器控制电路4路门位置信号侦测电路+4路开门按钮信号侦测电路+4路防破坏信号侦测电路4路开关量输入电路+4路开关量输出电路8路WIGEN信号译码电路用于接8个WIGEN读卡器2路ABA信号译码电路与2路键盘仿真信号电路用于接2个ABA读卡

4、器或者2个键盘仿真读卡器1路TTL232/RS232信号译码电路用于接1个TTL232/RS232读卡器1路RS485信号控制电路用于连接多达32个RS485方式的读卡器1路设备ID号设置拨断开关时钟芯片控制电路存储芯片控制电路用于存储用户信息和事件信息系统监控电路通讯电路用于和上位机进展通讯3、几种主控设计方案的比拟随着电子技术的开展，各种CPU、存储芯片、系统扩展芯片、时钟芯片等层出不穷，在给设计人员有了更多项选择择的同时，也带来了另一个问题，就是该怎样选择一种合适于自身的一种方案。这个方案不但要能实现系统需求的根本功能，还要在可靠性、开发难易程度、芯片供货情况以及价格等方面都要做到适宜。

5、针对上面列出的4门控制器的功能特点，我们可做以下几个方案：3.1.传统形式这是一种为广阔嵌入式系统设计人员熟知的形式，在很多教科书及应用系统中有着具体的介绍。在主控方面，一般采用以应用最广的8051+EPROM程序存储器或者带有大容量FLASHROM的CPU如SST89C58或者P89C51RD2在系统扩展方面，2片74HC138用于译码，1片74HC373用于地位地址锁存，1片74HC245用于总线驱动，3片74HC377用于信号输出，4片74HC244用于信号输入存储方面，一片628128用于存储事件信息和外部变量，一片28SF040或者39SF040用于存储各种有效卡片、非法卡片信息时钟

6、方面，采用一片串行方式的DS1302或者并行数据方式的DS12C887通讯方面，2片485芯片，一片用于和上位机通讯，一片用于和RS485读卡器通讯这种方式具有芯片价格较廉价，供货渠道广泛，编程调试较轻易等优点，但其体积庞大，芯片多，硬件故障点增多，而且由于任务诸多，导致CPU工作繁忙，软件中的各种中断处理轻易干扰，固然如今已有基于8051的实时多任务操纵系统可以解决此问题,但是这要求设计者一方面要选择价格相对高的CPU，另一方面也要学习消化RTX51,而将其正确的应用到系统中去需要更高的软件技巧和更多的调试时间。否那么软件的可靠性无法保证。这对于产品的快速市场化是不利的。3.2.ARM+CP

7、LDARM芯片及CPLD芯片是最近几年流行起来的嵌入式系统的构成部件，他们将可能成为后PC时代嵌入式系统设计的首选。ARM是一款32位的精简指令集RISC处理器架构，以其高性能、低功耗、低本钱占有市场。以PHILIPS的LPC2104为例，它具有128K片内Flash程序存储器、最多64K静态RAM、双UART、两个定时器、具有4路捕捉/比拟通道、多达6路输出的PWM单元、实时时钟、看门狗定时器、通用I/O口、CPU操纵频率可达60MHz等特点。CPLD是复杂可编程逻辑阵列的简称，它具有口线多、速度快、可编程、纯硬件电路等特点。根据我们提出的4门控制器的功能，一片ARM及一片CPLD，加上少许

8、外围电路，即可实现。这样不仅使系统板的体积大大减少，而且增加了可靠性，这是其他方式所不能比较的。但是，由于ARM及CPLD均是新兴的技术，对于一些基于8051单片机经历丰富的设计者而言，却需要有一个不短的时间去学习消化理论，另外，有关ARM及CPLD的开发工具，如仿真器、集成开发环境IDE都在一个比拟高的价位上，且学习及使用都比8051难多了。这不仅对产品的快速市场化不利，而且也不合适对某些场合灵敏多变的设计。而且，目前这两种芯片的价格较8051组成的系统价格仍偏高，这也不太合适应用于本文提出的通用控制器。3.3.多CPU系统在经过对上述两种方案的比拟后，是否还有其他某种使用芯片数目最少、价格

9、最廉价、功能最齐全、设计灵敏多变的方案呢？答案是肯定的。那就是采用多CPU系统。基于8051芯片如AT89x52的广泛使用，使单片机的价格大大下降。目前，89X52的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而89X52的功能实际上远远超过以上芯片。因此，如把89x52作为接口芯片使用，在经济上是合算的。这样就解决了系统扩展芯片诸多的缺点。一片89x52有32个I/O口，均可做输入输出，且有3个定时器和2个外部中断，完全可以解决对ABA/WIGEN/232不同串行信号的处理。正如软件可由实时多任务操纵系统RTOS来实现一样，硬件一样可用多CPU组成的系

10、统来实现。这样，本文提出得4门控制器将由3片CPU共同组成，它具有以下特点芯片数目少。除了存储芯片和时钟芯片，根本只剩下3块89S52CPU用89S52价格低的特点，充当外设。使用灵敏。可根据情况减少某个CPU或者更改其程序完成不同的功能原来写在一个CPU中的程序别离，使每个芯片根本上在8K之内完成，也就是都可选择89S52,不用采用昂贵的大容量FLASH8051内核的CPU。加了看门狗的主CPU可以实时监控另外两个CPU的工作是否正常各CPU各司其职。进步了与上位机通讯的速度及准确性，进步了读写存储的速度以及访问FALSH的时间。由于将个任务分解，所以每个CPU所用的存放器较少，均可以使用8

11、9S52自带的256字节RAM即可，不必使用XDATA访问RAM中的CPU,进步了各CPU执行的速度。4、选择FM3808为多功能存储、时钟、系统监控芯片4.1.传统方式的讲明在确立了主控方式之后，要选择存储、时钟及系统监控芯片，我们先来分析以往芯片的选择正如3.1种所描绘的，除了选择具有512KBYTES的FLASHROM芯片作为卡号存储芯片外由于无论有效无效卡号，其更改频率是不高的，采用此芯片不会影响芯片，作为常用的信息存储及外部存放器芯片,一般采用SRAM如628128，固然此芯片目前价格很廉价，但由于系统掉电后，其中的所有信息消失，所以必须加掉电保护电路和电池。而无论采用专用的掉电保护

12、芯片和采用分立元件组成的对电路，都不能100%的保证数据部丧失，尤其是在电源不稳定和干扰严重的环境下。时钟有诸多选择，如DS1302及12887，但价格不低监控芯片也有很多种，如X25045，它集成了看门狗、电压监测、可靠复位及EEPROM等特点，但价格也不低。4.2.FM3808的特点为了使系统具有更高的可靠性以及小型化，我们将采用RAMTRON的新型多功能芯片：FM3808,一种将掉电非遗失、实时时钟、系统监控于一体的高性能芯片。它具有以下特点：32K/8BIT非易失RAM高达100亿次的读写次数写无延时数据可保存10年内置低电压保护实时时钟后备电源切换可编程时钟日历报警可编程看门狗定时器

13、电源监测可编程中断输出可编程CPU复位或者中断5V工作电压后备电压可低至5V动态电流25mA时钟后备电流1uA5、选择FM24C16作为多CPU通讯中枢在确立以多CPU方式作为系统主控方案后，需要解决一个最关键的问题，那就是CPU之间的通讯。让我们先来比拟一下几种数据交换的优缺点。5.1.几种单片机之间的通讯方式的可行性分析采用硬件UART进展异步串行通讯。这是一种占用口线少，有效、可靠的通讯方式；但在本文提出的4门控制器方式中，一个CPU的UART要完成与上位机的通讯，一个CPU的UART负责与485读卡器或者232读卡器之间的通讯，可见硬件资源是不够的。这种方法不合适本例。采用片内SPI接

14、口或者2C总线模块串行通讯形式。SPI/I2C接口具有硬件简单、软件编程轻易等特点，但目前大多数单片机不具备硬件SPI/I2C模块。十分是我们采用的通用廉价的89X52系列单片机。这种方法也不可行。口对口并行通讯，利用单片机的口线直接相连，加上12条握手信号线。这种方式的特点是通讯速度快，1次可以传输4位或者8位，甚至更多，但是并行RAM需要占用大量的口线数据线+地址线+读写线+片选线+握手线，一般在16条以上。这是一个让人望而生畏的数字，而且会大大增加PCB面积并给布线带来一定的困难。这有悖于将CPU口线用于扩展口线的特点。使实际需要的口线不够用，因此也是不可行的。利用双口RAM作为缓冲器通

15、讯。这种方式的最大特点就是通讯速度快，两边都可以直接用读写存储器的指令直接操纵；但这种方式需要大量的口线，而且双口RAM的价格很高。同样不予考虑。利用自定串行通讯协议在CPU间进展通讯。这是在FM24C16未面世以来，最符合本文提出的4门控制器的一种方式，且已正常应用于实际系统当中。固然可以知足本系统的需要，占用口线少，使用灵敏，但调试相当繁琐，由于不但要正确解决好中断的恳求问题，还要精心调试时序以及通讯协议，尤其是在3个CPU间的通讯当中，单片机要传递的每一位或者每一个字节做出响应，通讯数据量较大时会消耗大量的软件资源，这在一些实时性要求高的地方是不允许的。况且没个CPU都有各自的任务，假如

16、将过多的软件资源用于数据交换，那么失去了采用多CPU方案的意义。5.2.FM24C16的特点针对自定串行通讯协议存在的问题，我们设想假设是在单片机之间增加1个数据缓冲器，大批数据先写入缓冲区，然后再让对方去取，各个单片机对数据缓冲器都是主控形式，这样必然会大大进步通讯效率。不选择EEPROM是由于其读写次数有限且速度慢，而串行数据缓冲的RAM不但难以买到而且价格很高。移位存放器也可以做数据缓冲器，但目前容量最大的也只128位，由于是“先进先出构造，所以不管传递数据多少，接收方必须移完好个存放器，灵敏性差而且大容量的移位存放器也是少见难买的。而随着美国Ramtran公司一种被称为“铁电存储器简称

17、FRAM的新型非易失性存储器件的推出，给我们带来理解决方法。其中的FM24C16应用于本文的4门控制器就再适宜不过了。不需写入时间、读写次数无限没有分布构造可以连续写放的优点，具有RAM与EEPROM的双得特性价格较低因此我们可以将3个CPU与1片FRAM接成多主-从的I2C总线方式，加上几条握手线，软件方面解决好I2C多主-从的控制冲突与通讯协议问题，即可实现简单、高效、可靠的通讯。6、系统功能框图/align7、完毕语本文给出的基于多cpu方式的4门控制器，一方面充分利用铁电存储器FM3808非易失RAM及交融时钟、监控与一体的多功能特点，另一方面将FM24c16的读写速度快、读写次数宏大的特点完美的嵌入到3个cpu间的通讯当中，实现了多cpu系统使用灵敏、编程方便、资源丰富的多快好省的优越性。此控制器不仅可作为自动识别多门控制系统的主控器，而且在空调控制、工业控制等领域也进展了理论应用，并获得了良好的效果。0