基于嵌入式系统的数据记录分析仪的硬件设计
常规的485 通信模块由电源隔离， 光耦电气隔离，RS-485 总线收发器与保护器构成。由于地回路的存在，通信回路与地之间存在电势差，在环境恶劣的场合尤为突出。电势差会在通信线之间形成共模电压。由于通信线之间对地阻抗不平衡，共模电压就会在通信线之间产生干扰电压，使通信的可靠性降低，严重情况下还会毁坏通信节点。电源隔离和光耦隔离的作用在于防止此情况发生，但是加入太多的隔离模块会使电路复杂化。在本系统中，采用集成的隔离485 收发器模块RSM485CHT，它集成了电源隔离，光耦电气隔离，总线收发器与总线保护器。这样降低了系统的复杂程度，又能有效地提高电路的抗干扰能力，传输速度和可靠性。还有效地减小了PCB 板的面积以及布线的复杂程度。
由于RSM485CHT 芯片的TXD，RXD，CON 的接口匹配电平是+5 V 电平，而CPU 的管脚电平是3.3 V，所以需要接入1 个总线电平转化器74LV4245A， 用来给3 V 器件和5 V器件提供接口。也可以选择与3.3 V 电平匹配的隔离模块RSM3485CHT。
2）CAN 通信模块的设计
CAN 总线由BOSCH 公司开发，最先应用于汽车工业，为解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。它是一种多主方式的串行通信总线，有高的位速率，高的抗电磁干扰性，成本低，传输效率高，传输效率远，有可靠的错误处理和检错机制。因为CAN 总线有很好的实时性能，所以在汽车工业，航空工业，工业控制，安全防护能领域得到了广泛的应用。
CAN 总线发明以来，出现了许许多多的CAN 控制芯片，它们各有优势。本文所采用的控制芯片，是PHILIPS 公司的SJA1000T。SJA1000 是一种独立控制器，它增加了一种新的模式，可以支持CAN2.0B 协议。它是82C200 的替代品，相比于后者，它各方面的性能都有很大的提高，标识符由原来的11位扩展到29 位， 滤波方式由原来的单一方式改为单滤波和双滤波2 种方式，并且在出错处理，超载能力，以及接受滤波等方面有了很大的改进。
与485 通信模块相同，CAN 通信模块的设计仍然采用隔离模块CTM1050。CTM1050 作为物理总线与CAN 控制器之间的接口， 用于提高总线的差动发送能力与CAN 总线的差动接受能力。CTM1050 则采用了全灌封工艺， 内部集成了CAN 总线所必需的所有收发电路，完全电器隔离电路，隔离电压。很好地实现了系统的模块化设计，简化了电路的连接与维护。
CAN 总线模块的原理图如图5 所示。
图5 CAN 通信模块原理图
如上图所示，CAN 总线通信模块由CAN 控制器SJA1000T 与集成收发控制器CTM1050 构成。CAN 收发器连接到CAN 总线， 负责控制从CAN 控制器到总线物理层或相反的逻辑电平信号，CAN 收发器的上一层是CAN 控制器，负责执行CAN 规范的中完整的协议， 通常用于报文缓冲和验收滤波。CAN 控制器的上一层是CPU。
SJA1000 支持2 种CPU 类型：80C51 和68**， 这一功能是通过配置MODE 引脚实现的，在本系统中，采用80C51 的INTEL 模式，另外，采用独立的外接晶振，来改善CAN 节点的EMC 性能。
3）以太网通信模块的设计
监控器中的以太网接口设计是为了通过组态软件与上位机通信，从而提高整个系统的自动化程度，增加可操作性。
以太网接口控制器主要包括MAC 和PHY 2 部分， 其中MAC 层控制作为逻辑控制比较容易承载处理器内部。没有集成MAC 控制器的嵌入式处理器， 更通用的方法是采用集成了MAC 控制器与PHY 的以太网控制器，本系统就是采取这种方法，以Host Bus 接口的控制器有很多，本系统采用的是Cirrus Logic 公司的CS8900[5]。
CS8900A 是一个真正的单片， 全双工的以太网控制器，它把所有需要的模拟电路和数字电路集成为一个完整的以太网电路，有以下几个模块组成：直接的ISA-bus 接口、接口缓冲内存、串行的EEPROM 接口、带有10ASE-T 端口和AUI端口的完整的模拟滤波器。
CS8900 可以设置为测试模式和休眠模式， 低电平有效，正常模式下把nTEXT 和nSLEEP 位置高位。CS8900A-CQ3是一个3.3 V 电平的芯片。，可以与S3C2410 直接连通。在本系统中， 在地址总线和CPU 之间与数据总线与CPU 之间都接入一个三态门，这样可以对总线进行有效的控制。另外，用CPLD 模块代替了普通常用的与非门电路，节省了CPU 的管脚，同时减小了电路板的体积。电路原理图如图6 所示。
图6 以太网模块原理图
系统的显示模块采用800×600 的液晶屏， 电阻式触摸屏，结构比较简单，由于篇幅所限在此不再赘述。
3 结论
基于S3C2410 的电力设备记录仪采用了功能强大的ARM920T 内核的芯片作为CPU，支持485，CAN，以太网3 种通信方式，采用液晶显示与触摸屏，大容量SD 卡存储单元。
能将分散在各个工作现场的设备数据集中起来，能自己完成数据的集中显示，分析，对各单元设备的操作控制，还可以作为数据传输的中间站，将数据传输于上位机进行集中的检测与控制。在工业现场的网络中，能起到很关键的作用。另外，该系统通用性强，搭配不同的软件定义，可以应用于许多场合。