[信息与通信]电梯远程监控系统数据采集器硬件设计--本科毕业论文

1、南京工业大学毕业设计题目：电梯远程监控系统 数据采集器硬件设计电梯远程监控系统数据采集器硬件设计开发摘要实现电梯远程监控系统数据采集器设计的目标，能综合测量数据并以多种方式传输。本课题采用传感器采集电梯运行数据，通过微处理器进行非常态数据分析，经由GPRS网络传输，局域网传输与485通讯传输多种方式实现电梯故障报警、困人救援、日常管理、质量评估、隐患防范等功能。本文以电梯远程监控系统数据采集器开展情况和现状为课题背景，论述了数据采集器硬件的开发过程，主要完成课题中设计。首先介绍了数据采集器的硬件框图。其次，介绍了每一局部的电路图的功能和电路图。另外，本文还介绍了STM32F107VCT6对于采

2、集的数据进行实时采集、自动存储、即时显示、即时反响、自动处理、自动传输。同时还介绍了用于传输控制的MAX3232，DM9161A等芯片。本文最后提出了设计中的一些缺乏之处和对今后的一些要求。关键词：电梯远程监控 数据采集器STM32F107VCT6 Design of Remote Elevator Monitor System Data CollectorAbstractThe goal of the thesis is to design a data collector of remote elevator monitor system, enable it to transmit da

3、ta through different methods. This topic is based on the scientific research project “remote elevator monitor system ", using sensors to get data, then send them to CPU to analyze, transmit data through GPRS, Ethernet, wireless LAN. Users could use these data to evaluate the quality of the elev

4、ator.This thesis introduces the hardware design of wireless remote elevator monitor system with the background of measuring embedded system; mainly complete the design of hard ware design in the subject. Firstly introduces the current development of remote elevator monitor system. Secondly, this the

5、sis introduces the overview of the data collector and the detail of each part. Then, introduced the method of using STM32F107VCT6 to analyze, store, display and transmit real-time data. Then introduce some important chips, such as 24LC02B, MAX485, DM9161A. At the end of this thesis, some suggestions

6、 and improvements are stated.Keywords: remote elevator monitor system; data collector; STM32F107VCT6 目录摘要IAbstractII第一章 绪论1概述1电梯远程监控系统的开展现状21.3 本文的主要工作3第二章 电梯远程监控系统数据采集器硬件电路设计4系统总体设计方案和总体结构4系统结构框图和原理图设计52.3 CPU芯片的选型和介绍62.4 软件设计8第三章 分模块硬件设计103.1 CPU模块103.2 电源模块123.3 232转GPRS 和485模块133.4 以太网模块143.5 EE

7、PROM 和JTEG模块153.6 USB模块163.7 主要芯片介绍163.8 PCB设计20第四章 系统调试234.1 系统调试方案设计234.1.1 AD6环境设置234.1.2 AD6工程的建立过程24系统调试与结果27结语28参考文献29致谢30附录1：电路原理图总图31附录2：元件数量表32第一章 绪论 电梯广泛应用于各类高层建筑以及地铁等公共设施，电梯也已经成为很多人日常生活不可缺少的交通工具，因此，电梯的平安关系到人们的出行平安，电梯也承当着客流运输和疏散的功能1。而电梯维修人员较少，专业知识也不够完备，无法全面了解电梯何时出故障，或者及时检修排除隐患。电梯平安及管理问题因为使

8、用频率的增高而成为了重点。高层建筑中，有时会发生电梯夹人、故障停梯、运行不正常、不能及时维修等问题。因此，针对电梯这一现代化交通工具的性能和特点，对电梯的安装和使用实现标准化、科学化管理迫在眉睫。城市电梯平安运行远程监管系统主要用于检测城市中电梯的运行状况，检测电梯是否发生故障，实时观察运行状态，以及故障发生以后实时报警，同时对电梯维保人员进行强身份认证，对电梯的维护保养进行有力的监督，确保电梯正常运行2。智能化电梯平安远程监控系统，集地理信息、计算机控制和远程通讯技术于一体，通过设定的电梯数据采集器和信息网络系统，将分布在各处的电梯运行状况和故障信息及时传递到监控中心的监视终端，从而实现对各

9、处电梯进行远程监视和控制。电梯远程监控系统数据采集器是带有电池或自接电源的可离线操作的终端电脑设备。具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反响、自动处理、自动传输功能。为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证3。利用数据采集器的串口、红外口，可以联接各种标准串口设备，或者通过串-并转换可以连结各种并口设备，实现电脑的各种功能。按传输方式分为批处理和无线的方式：批处理方式是数据采集器采集好条码后，利用和电脑连接的通讯，把采集的条码信息用文件的方式传输到电脑；无线方式是数据采集器以802.11b和GPRS等方式无线实时和PC交换数据。远程监控系统需要很多控制领域的最新的先进技术，是中国

10、电梯行业继PLC控制系统与VVVF调速系统之后的又一大技术进步。城市电梯平安运行远程监管系统主要用于检测城市中电梯的运行状况，通过对电梯控制器输出信号的实时采集来确定电梯所处楼层，当前速度，加速度，门接点，开关门等根底信息，以检测电梯是否发生故障，观察运行状态，以及故障发生以后实时报警。同时也可对电梯维保人员进行身份认证，对电梯的维护保养进行有力的监督，确保电梯正常运行4。工作人员通过计算机就可以实现对电梯故障的远程监控，所以该系统成为了智能楼宇的重要组成局部。国内目前对电梯平安的监控现状是，采取定期检查的方法。维修人员定期去上门保养并不能确保及时排除平安隐患，也增大了工作量，致使局部维修人员

11、对电梯的保养浮于形式。一旦发生故障，只能通过 要求维修，但维修人员有限，电梯分布分散，不同厂家的电梯有着不同的规格和技术要求，通用人才就可能不能完全修理某种特定类型的电梯，因此造成了电梯维修难，和维修迟的情况。由于电梯没有日常运行和监测的记录等资料，维修电梯时只能依靠维修工人的经验，这就使得维修难度加大，增加了障碍确定的准确度。远程监控系统可以大幅改善这种情况，一些兴旺国家在十几年前就开发应用了智能化电梯平安远程监控系统。国外大公司如三菱，日立，富士达，奥的斯，蒂森等，目前都已开发出与自己产品配套的远程监控系统，从一开始的简单记录采集到的数据，到后来能提供比拟完善的功能的监控系统5。我国国内厂

12、家这方面起步较晚，开展迅速，积极研发和探索电梯远程监控技术，但与国际高端水平仍有一定距离，而且在通用性上仍有缺乏。电梯远程监控是一种全新的电梯维护保养方式，但技术要求也很高6。每个电梯厂商都有特定的电梯数据传输通讯协议，一般不外泄，因此对电梯信号的数据采集可能造成局部电流流入电梯自身控制系统而形成干扰，那么就会导致电梯自身电气系统的平安受到威胁，这样反而会带来平安隐患。国内一些企业已开发出了多款具有远程监控系统，未来电梯肯定会普及该系统的应用。这些系统大局部基于GPRS/GSM或3G等无线网络根底，未来实际应用中传输方式会趋于多样化，多元化，价格更低，数据更快更可靠7。现在的数据采集功能简单，

13、无数据库管理功能，只能进行简单的电梯运行状态监控、无维保质量管理监控功能，不能进行电梯故障的早期预警并且系统兼容性差只能针对少数梯种进行布控，且不能精确地对电梯故障进行分析、判断，无法准确给出电梯具体故障部位。因此电梯远程监控数据采集系统还有很大的开展空间。随着计算机，嵌入式系统，单片机，有线通讯，无限通讯，互联网技术的成熟，电梯远程监控系统也有了快速的开展。采用PLC的系统可以增强稳定性和平安性，降低故障率。采用VVVF调速系统可以防止乘客出现因快速加速而产生的不适。嵌入式系统由于其高可靠性，容量大，反响快，廉价，易用，在电梯远程监控方面得到了广泛的应用8。通过在电梯上加装数据采集器，可以全

14、面，实时地了解电梯运行状况，及时检测出故障，减小乘客人身伤害和财产损失，防止事故恶化和扩大，提高维护效率，减少人力排查故障的本钱，同时还可以为电梯事故责任确实定提供数据和资料。电梯远程监控系统数据采集器的开展趋势是对信号的处理更加稳定迅速，同时支持多种传输方式以适应未来实际应用中的需要。电梯远程监视管理系统是采用传感器采集电梯运行数据，通过微处理器进行非常态数据分析，经由GPRS网络传输，公用 线传输,局域网传输与485通讯传输多种方式实现电梯故障报警、困人救援、日常管理、质量评估、隐患防范等功能的综合性电梯管理平台。GPRS为无线网络，设备连接网络方便快捷，能极大的减轻设备网络架设工作强度。

15、1.3 本文的主要工作本课题主要完成电梯远程监控系统数据采集器硬件设计工作，包括完成硬件电路的设计、制作与调试，熟悉电梯远程监控系统数据采集器硬件系统构造，数据采集和工业现场通讯方法，以及以太网通讯方法，研究数据采集器硬件方案，使用STM32F107VCT6芯片，采集现场信息，同时通过232总线或者485总线及输入/输出接口，与电梯控制器通讯，获得电梯运行信息，对信息进行处理，分类。当电梯发生故障时，安装在电梯控制柜里的数据采集器产生联动，发出报警信号，同时上报给效劳器，现场工作人员及远程控制室就可以及时知道哪部电梯发生了故障，什么时候发生了故障，以便及时采取措施。本设计基于电梯远程监控系统数

16、据采集器。本文完成对数据采集器的硬件设计。绪论局部为开题报告内容。第二章 电梯远程监控系统数据采集器硬件电路设计系统总体设计方案和总体结构本系统中设计方案使用STM32F107VCT6芯片，采用STM32系统芯片的库函数，采集现场信息，对信息进行处理，分类。用户通过232总线或者485总线，与电梯控制器通讯，获得电梯运行信息。当电梯发生故障时，安装在电梯控制柜里的数据采集器产生联动，发出报警信号，同时上报给效劳器，现场工作人员及远程控制室就可以及时知道哪部电梯发生了故障，什么时候发生了故障，以便及时采取措施。电梯远程监控系统数据采集器需要实现电梯故障自诊断功能通过传感器方式采集电梯信号可自动检

17、测电梯的13种故障及状态，从功能上硬件需要实现功能为：1) 门区外停梯故障2) 门区外停梯故障，轿箱内有人3) 运行时间超长故障4) 运行时间超长故障，轿箱内有人5) 电梯冲顶故障6) 电梯冲顶故障，轿箱内有人7) 电梯蹲底故障8) 电梯蹲底故障, 轿箱内有人9) 电梯运行中开门故障10) 电梯运行中开门故障, 轿箱内有人11) 电梯困人故障电梯平层时，人在电梯停留时间超长且电梯未开门12) 电梯超速故障13) 电梯超速故障,轿箱内有人本检测系统具体完成硬件上功能有： 1根据要求搭建硬件系统框图2硬件系统各控制芯片的选型3 Altium Designer 6制作原理图、PCB图4 数据采集和工

18、业现场通讯方法选择以及以太网通讯连接软件上实现功能有：1 熟悉电梯远程监控系统数据采集器硬件系统的构成及工作原理2 根据硬件系统构成编写软件流程图3 学会使用编译软件IAR或者MDK,根据软件流程图完成软件系统的编写和调试4 熟悉数据采集和工业现场通讯方法，以及以太网通讯方法和原理图设计图 2-1 系统硬件结构框图系统硬件结构框图如图2-1所示，电源模块为系统提供能量，接口转换芯片PL2303，SP3485，MAX3232，DM9161实现了主控芯片到各种接口的转换，24C02实现重要数据的保护。各种输入和输出接口实现了信号采集和报警、应急控制。数据采集器端口接：电梯PLC控制器；现场传感器；

19、报警应急控制；无线收发模块。通过CAN总线和RS485总线及输入/输出接口，与电梯控制系统连接，感知电梯运行状态例如：楼层、方向、故障等信息，并且通过网口有线网或无线网3G/WiFi/GPRS与公网相联，完成信息的控制与交换。原理图设计是电路设计的根底，只有在设计好原理图的根底上才可以进行印刷电路板的设计和电路仿真等。设计电路原理图、编辑修改原理图是硬件设计的主要任务。图2-2是原理图的设计流程，按照该流程完成对电梯远程监控系统数据采集器的硬件电路图设计。设计步骤有：1新建原理图文件。在进人 SCH 设计系统之前，首先要构思好原理图，即必须知道所设计的工程需要哪些电路来完成，然后用 Altiu

20、m Designer 6.0 来画出电路原理图。2设置工作环境。根据实际电路的复杂程度来设置图纸的大小。在电路设计的整个过程中，图纸的大小都可以不断地调整，设置适宜的图纸大小是完成原理图设计的第一步。 3放置组件。从组件库中选取组件，布置到图纸的适宜位置，并对组件的名称、封装进行定义和设定，根据组件之间的走线等联系对组件在工作平面上的位置进行调整和修改使得原理图美观而且易懂。4原理图的布线。根据实际电路的需要，利用 SCH 提供的各种工具、指令进行布线，将工作平面上的器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一幅完整的电路原理图。 5建立网络表。完成上面的步骤以后，可以看到一张完整的电路原理

21、图了，但是要完成电路板的设计，就需要生成一个网络表文件。网络表是电路板和电路原理图之间的重要纽带。6原理图的电气检查。当完成原理图布线后，需要设置工程选项来编译当前工程，利用 Altium Designer 6.0 提供的错误检查报告修改原理图。7编译和调整。如果原理图已通过电气检查，那么原理图的设计就完成了。这是对于一般电路设计而言，尤其是较大的工程，通常需要对电路的屡次修改才能够通过电气检查。8存盘和报表输出： Altium Designer 6.0 提供了利用各种报表工具生成的报表如网络表、组件清单等，同时可以对设计好的原理图和各种报表进行存盘和输出打印，为印刷板电路的设计做好准备。图2

22、-2 电路原理图设计流程图2.3 CPU芯片的选型和介绍CPU使用STM32F107VCT6芯片，是意法半导体为ARM M3内核出的用于自动控制领域的微处理器。F107是互联型接口和内部资源较多，F103是增强型。相比103，F107参加IEEE以太网接口,2个I2S音频接口做音频解码用，全部64kB的SRAM缓存。STM32系列专为要求高性能、低本钱、低功耗的嵌入式应用设计，采用Cortex-M3内核。STM32F107时钟频率到达72MHz，是同类产品中性能最高的产品。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。ST

23、M32F107属于互连型系列，强化了音频性能，采用一个先进的锁相环机制，实现音频级别的I2S通信。结合USB主机或从机功能，STM32可以从外部存储器读取、解码和输出音频信号。设计人员还可以在新系列微控制器上开发人机界面HMI功能，如播放和停止按键，以及显示器界面。这个功能使其可用于各种家庭音响设备，如音响底座系统、闹钟/音乐播放器和家庭影院。该系列产品整合先进的面向连接的外设，标准的STM32外设包括一个PWM定时器，高性能的32位ARM Cortex-M3 CPU，这些特性使开发人员可以在设备上如家电、楼宇或工业自动化整合多种功能，如马达控制、用户界面控制和设备互连功能。其它目标应用包括需

24、要联网、数据记录或USB外设扩展功能的系统，如病患监视、销售终端机、自动售货机和保安系统。包括新的互连型系列在内的STM32系列微控制器具有多种配套软件和开发工具，其中包括意法半导体免费提供的软件库以及第三方工具厂商的广泛支持。单片机自出现至今已开展微处理器技术和超大规模集成电路技术的开展为先导，在选择单片机不光要注意其使用寿命，还要注意其更新换代的寿命。以386,486为代表的MPU，很短时间内就会被淘汰出局，而传统单片机如68HC05,8051等依然在广泛使用。所以，选择MPU不应该以最新或者功能最强为标准而是以最适宜，STM32在本设计中对应用领域有着极强的适应性，并且价格适中。单片机的

25、速度越来越快，MPU以适中频率为标志，而单片机那么还要兼顾抗干扰能力，降低噪声。降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机的首要要求。STM32的厂商改善了单片机内部的时序，在不提高时钟频率的条件下使运算速度提高了很多。自80年代中期以来，NMOS工艺逐渐被CMOS工艺所取代，功耗得以大幅降低，随着超大规模集成电路技术由3微米工艺开展到20纳米，功耗也大幅降低了。使用STM32单片机和其他机型相比，尤其是Intel芯片，更节能，可以用电池工作更久。2.4 软件设计图2-3软件结构图系统软件总体结构如图2-3所示，整个程序是围绕stm32f107单片机设计的，软件程序采用模块化设计，更容易理解和调试。

26、整个程序除主程序之外还有5个局部：系统初始化子程序、RS232通讯子程序、网口通讯子程序、I/O数据采集子程序和RS485通讯子程序。图2-4主程序流程图主程序流程图如图2-4所示。系统运行后进入主程序，首先对系统硬件进行初始化，而后再对网络进行初始化，然后检查网络连接是否正常，在连接正常的情况下进行周期运行显示。局部代码和注释如下：int main(void) System_Setup(); /系统的时钟、以太网、I/O口、中断和外设设置 LwIP_Init(); /网络初始化IP地址分配 Check_ETH_PHY(); /检查以太网连接 while (1) System_Periodic

27、_Handle() ; /系统周期运行显示处理 第三章 分模块硬件设计3.1 CPU模块STM32系列使用来自于意法公司具有突破性Cortex-M3内核，为了方便用户方便地访问STM32的各个标准外设，并使用它们的所有特性，ST公司提供了免费的软件包。使用外设驱动：这时应用程序开发基于外设驱动的API应用编程接口。只需要配置文件“stm32f，并使用相应的文件。不使用外设驱动，这时应用程序开发基于外设的存放器结构和未定义文件。那么需要使用标准外设库。根据各模块需要分配引脚，主要模块引脚具体分配如下：25号PA2引脚USB_TXD，26号PA3引脚USB_RXD：用于USB模块。29号PA4引脚

28、DAC_OUT1，30号PA5引脚DAC_OUT2，35号PB0引脚ADC_IN1，36号PB1引脚ADC_IN2：数模转换模块。68号PA9引脚USART1_TX，69号PA10引脚USART1_RX，7号PC13引脚USART2，83号PD2引脚USART2_RX：串口转GPRS通讯模块。78号PC10引脚485_TX2，79号PC11引脚485_RX2，85号PD4引脚485_DIR2，86号PD5引脚485_TX1，87号PD6引脚485_RX1，88号PD7引脚485_DIR1:485通讯模块55 号PD8引脚MII_RX DV/RMII_CRSDV，56号PD9引脚MII_RXD0

29、，57号PD10引脚MII_RXD1：以太网模块图中0欧电阻可以当跳线使，也可以当熔断电阻用，也可以当电感用，也可以作为电路的隔离点，根据布板的需要而设定，在原理图上意义就是导线。如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，那么可以：1对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。2对于少于100脚的产品，可以采用OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能。或者分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出并输出'0'。此方法可以减小功耗并(相对上面2.1)节省2个外部电阻。图3-1

30、STM32F107模块电路原理图PC14与OSC32_IN公用一个引脚，PC15与OSC32_OUT公用一个引脚，它们的使用方法如下：当LSE低速外部时钟信号开启时，这两个公用管脚的功能是OSC32_IN和OSC32_OUT。当LSE低速外部时钟信号关闭时这两个公用管脚的功能是PC14和PC15。备用区域控制存放器(RCC_BDCR)的LSEON用于控制LSE的开启或关闭。本设计中共有5个LED灯，LED导通发光时的正向压降V=1.21.7V，高亮LED正常亮度对应电流f=13mA，取f=2mA，Vf=1.6V，那么相应的限流电阻R值会直接影响LED的亮度。因为LED仅作为指示用，对R的误差值

31、无要求。考虑到市场最常见的是±5%的电阻，故可选1.6k或1.8k的电阻。3.2 电源模块图3-2 电源模块电路图本设计使用电容滤波-LC滤波直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，那么滤波器的滤波效果越差。脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值输出电压的直流分量 3-1交流干扰信号大局部将被电感阻止吸收变成磁感和热能,剩下的大局部被电容旁路到地,这就可以抑制干扰信号的作用,在输出端就获得比拟纯洁的直流电流。整流后由于滤波用的电容器容量较大，故必须使用电解电容。滤波电容用于功率放大器时，其值应为10000F以上，用于前置放大器时，容量为1000F左右即可。当电源滤波

32、电路直接供应放大器工作时，其容量越大音质越好。但大容量的电容将使阻抗从10KHz附近开始上升。这时应采取几个稍小电容并联成大电容同时也应并联几个薄膜电容，在大电容旁以抑制高频阻抗的上升。3.3 232转GPRS 和485模块图3-3 232转GPRS和485模块MAX3232芯片的引脚分配：14号TXD1引脚接J1的3号引脚，13号(RXD1)引脚接J1的2号引脚，实现串口1的读写，类似，MAX3232的7号(TXD2)引脚和8号(RXD2)引脚实现串口2的读写。MAX3232的16号VCC引脚接3.3V电源，旁路电容接地。6号V-引脚通过电容接地。9,10,11,12 分别是串口2和串口1的

33、输出引脚，用上拉电阻连3.3V电源。SP3481和SP3485是一系列+3.3V低功耗半双工收发器，它们完全满足RS-485和RS-422串行协议的要求。这两个器件与Sipex的SP481、SP483和SP485的管脚互相兼容，同时兼容工业标准标准。SP3481和SP3485符合RS-485和RS-422串行协议的电气标准，数据传输速率可高达10Mbps带负载。SP3481还包含低功耗关断模式。JTAG20_BEGND芯片的3,5,7,13，19号引脚需要使用上拉电阻，9,11为下拉电阻。上拉电阻阻值的选择时需考虑：1从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。2从确保足够的驱

34、动电流考虑应当足够小。电阻小，电流大。3对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。所以通常在1k到10k之间选取。对下拉电阻也有类似道理。对上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管特性和下级电路的输入特性进行设定，主要需要考虑以下几个因素：1驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例，一般地说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计时需使之均衡。2下级电路的驱动需求。同样以上拉电阻为例，当输出高电平时，开关管断开，上拉电阻应适中选择，才能够向下级电路提供足够的电流。3不同电路的上下电平的门槛电平会有不同，电阻应适当设定以确保能输出正确的电平。以上拉电阻为例，当输出低电平时，开关管导通，上拉电阻和

35、开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。4频率特性。以上拉电阻为例，上拉电阻和开关管漏源级之间的电容和下级电路之间的输入电容会形成RC延迟，电阻越大，延迟越大。上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。下拉电阻的设定的原那么和上拉电阻是一样的。OC门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不大于100uA,设输出口驱动电流约500uA，标准工作电压是5V，输入口的上下电平门限为0.8V(低于此值为低电平)；2V(高电平门限值)。选上拉电阻时：500Ua*8.4K= 4.2即选大于8.4K时输出端能下拉至0.8V以下，此为最小阻值，再小就拉不下来了。如果输出口驱动

36、电流较大，那么阻值可减小，保证下拉时能低于0.8V即可。当输出高电平时，忽略管子的漏电流，两输入口需200uA。200uA x15K=3V即上拉电阻压降为3V，输出口可到达2V，此阻值为最大阻值，再大就拉不到2V了。选10K可用。COMS门的可参考74HC系列。设计时管子的漏电流不可忽略，IO口实际电流在不同电平下也是不同的。3.4 以太网模块图3-4 以太网模块电路图DM9161是一款单芯片10/100M以太网物理层收发器，功耗低，波形稳定，价格廉价。一般需要两个晶振，一个是25MHZ的MII模式晶振输入，一个是50MHZ的RMII模式晶振，并与CPU的CRS相连，以同步时钟。本设计中采用4

37、2号引脚与CPU相连，构成时钟。22号引脚TX_CLK/ISOLATE悬空。为了实现RMII模式，将载波侦测引脚(MII_RX_DV/RMII_CRSDV)接在DM9161的37号引脚，而不是35号引脚(CRS/ADR4)。电容值一般根据功率计算C=1.5P。选择电容时首先考虑电容的耐压,次级交流电压的1.41倍是最低值,然后考虑容量理论是容量越大越好,实际考虑本钱及对桥是整流二极管的冲击,电容过大意味着电源刚合上时是相当于短路,实际应用100到2000都有根据与负荷也有关系,但如果只用电容去滤波效果通常一般,对于电流和负载有关。3.5 EEPROM 和JTEG模块图3-5 JTAG模块电路图

38、24LC02B芯片可对存储信息长时间保存，关闭电源，所存信息也不会丧失，是一种8*8bit串行可擦除EEPROM存储器。功耗低，可编程。存储器由输入/输出逻辑控制电路，存储控制电路，HV发生电路，X译码器，存储矩阵电路，高速缓存存储器，Y译码器及读出放大器，读/写控制电路等组成。I2C总线数据输入/输出5号脚SDA和I2C，所以可以直接接到CPU上，不需限流电阻，通过上拉电阻和8号引脚(VCC)相连。引脚1,2,3都为地址线，负责芯片选择，而本设计中不需要选择，4号引脚为接地端，7号脚一般空置不用，所以这几个引脚接地。JTAG芯片中，9号引脚TCK：测试时钟输入；5号引脚TDI：测试数据输入，

39、数据通过TDI输入JTAG口；13号引脚TDO：测试数据输出，数据通过TDO从JTAG口输出； 7号引脚TMS：测试模式选择，TMS用来设置JTAG口处于某种特定的测试模式。可选3号引脚TRST：测试复位，输入引脚，低电平有效。 3.6 USB模块图3-7 USB模块电路图PL2303的1号引脚TXD接USB RXD引脚，即STMS2F107的25号引脚。5号引脚RXD接USB_TXD，通过220K上拉电阻连到4号引脚VDD_325，再通过电容接地，即7号引脚GND。27和28号引脚，OSC2 和OSC1连接12M晶振，与26,25,24,23,22,21号引脚并联接地。3.7 主要芯片介绍图

40、3-8 24LC02B124LC02B24LC02B是美国微芯科技公司Microchip Technology Inc.生产的电擦写式只读存储器系列24CXX、 24LCXX、24AAXX 和24FCXX容量范围为128 位到512 千位。该系列器件支持2 线串行接口，以x8 位存储器块进行组合。低电压设计允许工作电压最低可至1.8V适用 24AAXX 器件，待机电流和工作电流分别为1 A 和1 mA。容量为1 千位以及超过1 千位的器件具有页写入能力。功能性地址线允许连接到同一条总线上的器件数目最多可达 8 个。 整个24XX 系列产品提供标准的8 引脚 PDIP、外表贴片 SOIC、 TS

41、SOP 和MSOP 封装。大局部容量为128 位到16 千位的器件还提供 5 引脚SOT-23 封装。另外还提供 DFN 封装2x3mm 或 5x6mm。所有封装皆为无铅雾锡封装。2DM9161A,符合ANSIX3T12TP-PMD1995标准,集成10BASE-T,100BASE-TX收发器4.可以选1：1 YL18-2050S，YT37-1107S 网络变压器 片内滤波器，无需外加滤波器。中继模式和节点模式转换，全工和半工模式转换。含可触发中断的MII管理接口。 简单系统的循环系统检测,LED状态输出模式。0.35纳米 COMS工艺，3.3V供电，低耗模式。Q管脚3.3V-5V兼容；48p

42、inPQFP小封装1×1cm3SP485图3-9 SP485芯片SP3485是+3.3V低功耗半双工收发器，它们完全满足RS-485和RS-422串行协议的要求。这两个器件与Sipex的SP481、SP483和SP485的管脚互相兼容，同时兼容工业标准标准。SP3481和SP3485符合RS-485和RS-422串行协议的电气标准，数据传输速率可高达10Mbps带负载。SP3481还包含低功耗关断模式。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120µA至500µµA。所有器件都工作在5V单电源下。采用单一电源+5 V工作，额定电流为30

43、0 A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。SP485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为SP3485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要

44、一个信号控制SP485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。4MAX3232图3-10 MAX3232芯片MAX3232RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。MAX3232具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低成效并延迟便携式产品的电池使用寿命。关断模式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗1uA电源电流，MAX3232的引脚、封装和功能分别与工业标准MAX242和MAX232兼容。即使工作在高数据速率下，MAX3232仍然能保持RS

45、-232标准要求的正负5.0V最小发送器输出电压。 只要输入电压在3.0V至5.5V范围以内，即可提供+5.5V倍压电荷泵和5.5V反相电荷泵输出电压，电荷泵工作在非连续模式，一旦输出电压低于5.5V，将开启电荷泵；输出电压超过5.5V，即可关闭电荷泵，每个电荷泵需要一个飞容器和一个储能电容，产生V+和V-的电压。MAX3232在最差工作条件下能够保证120kbps的数据速率。通常情况下，能够工作于235kbps数据速率，发送器可并联驱动多个接收器和鼠标。 5) nRF24L01nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放

46、大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;假设自动应答开启，那么

47、nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致。如果收到应答，那么认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中去除;假设未收到应答，那么自动重新发射该数据(自动重发已开启)，假设重发次数(ARC)到达上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保存以便再次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,假设CE为低那么nRF24L01进入空闲模式1;假设发送堆栈中有数据且CE为高，那么进入下一次发射;假设发送堆栈中无数据且CE为高，那么进入空闲模式2。接收数据时,首

48、先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。假设此时自动应答开启，接收方那么同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，假设CE变低，那么nRF24L01进入空闲模式1。3.8 PCB设计绘制完电路原理图后生成PCB图，先检查电气规那么，选择“Tools工具菜单，单击“电气规那么检查菜单项，查看原理图是否有此红色标记，根据每个错误提示，调整显示出来的错误。再设置原理图中各元件的封装属性Foot Print，在英文状态

49、下用大写字母进行设置：Ø NPN1三极管的Foot Print封装属性为TO-92B；Ø RES2电阻的Foot Print封装属性为AXIAL0.4；Ø ELECTRO1的Foot Print封装属性为RB.2/.4；Ø 接地符号的网络名称设置为GND，电源符号的网络名称设置为VCC；Ø 输入端口的设置Name：IN；Style：Right；I/O Type：Input；Ø 输出端口的设置Name：OUT；Style：Right；I/O Type：Output。图3-11 PCB元件排列图新建PCB文件，后将电路原理图通过执行菜单命

50、令DesignUpdate PCB document点击Execute按钮，AD6软件自动获取所需元件的引脚图，把元件加载到PCB图中。设计规那么已随网表输入进PCB了。如果修改了设计规那么，必须同步原理图，保证原理图和PCB的一致。再将各元件排列至适宜位置，如图3-11所示。排列完元件后开始布线。AD6提供的手工布线功能十分强大，包括自动推挤、在线设计规那么检查DRC，自动布线由软件自带的布线引擎进行，通常这两种方法配合使用，常用的步骤是手工自动手工。自动布线前，先用手工布一些重要的网络，比方高频时钟、主电源等，这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封装，如B

51、GA，自动布线很难布得有规那么，也要用手工布线。既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。在电源、地线之间加上去耦电容以减少干扰。还要尽量加宽电源、地线宽度，通常信号线宽为：0.2，最经细宽度可达0.05，电源线为1.22.5 mm。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件。图3-12 PCB布线完成图在PCB设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，前面的准备工作都是为

52、它而做的，在整个PCB中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线，本设计采用双面板布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前，可以用交互式预先对要求比拟严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应防止相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规那么可以预先设定，包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通，然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，可以根据需要断开已布的线。 并

53、试着重新再布线，以改良总体效果。在布置地线时，PCB板对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处。数字地与模拟地有一点短接并只有一个连接点。线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时采用局部串联后再并联接地的方法。高频电路采用多点串联接地，地线短而租。手工布线结束后使用自动布线。设置好文件，按Continue就启动布线器自动布线，结束后如果布通率为100%，那么就可以进行手工调整布线了；如果不到100%，说明布局或手工布线有

54、问题，需要调整布局或手工布线，直至全部布通为止。自动布线结束后需要用手工布线略微调整，布线结束后图如3-12。检查的工程有间距Clearance、连接性Connectivity、高速规那么High Speed和电源层Plane，内容包括设计规那么，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。这些工程可以选择Tools->Verify Design进行。检查出错误，必须修改布局和布线。有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一局部放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改正走线和过孔之

55、后，都要重新布线，防止出现“短路和“断路这两个简单而致命的错误，这是印制板设计最根本、最重要的要求，准确实现电原理图的连接关系。输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压，它们的走向设计时尽量使用线形(或别离)，不得相互交融以防止相互干扰。第四章 系统调试4.1 系统调试方案设计4.1.1 AD6环境设置启动后进入图 4-1 所示的 Altium Designer 6.0 设计管理器窗口。 Altium Designer 6.0 的设计管理器窗口类似于 Windows 的资源管理器窗口。设有主菜单、主工具栏，左边为 Files Panels 文件工作面板，右边对应的是主工作面板

56、，最下面的是状态条。图4-1 AD6界面点击file/new可以新建 SCH 电路原理图、 VHDL 设计文档、 PCB 文文件、 SCH 原理图库、 PCB 库、 PCB 专案等。在进入图 4-2 所示的子菜单后，选择 Schematic 选项，在当前工程 PCB Project1. PrjPCB 下建立 SCH 电路原理图，默认文件名为 Sheetl. SchDoc ，同时左右边的设计窗口中翻开 Sheetl. SchDoc 的电路原理图设计接口。图4-2 子菜单4.1.2 AD6工程的建立过程1创立一个新工程电路设计主要包括原理图设计和 PCB 设计。首先创立一个新工程，然后在工程中添加

57、原理图文件和 PCB 文件，单击设计管理窗口底部的 File 按钮，弹出如图4-3所示面板。图4-3 File面板建立了一个新的工程后，执行菜单命令 File/Save Project As ，将新工程重命名为“ PCB_Project1.PriPCB ，保存该工程到桌面。2创立一张新的原理图图纸 执行菜单命令 New/ Schematic 创立一张新的原理图文件。 可以看到 Sheetl. SchDoc 的原理图文件，同时原理图文件夹自动添加到工程中。 执行菜单命令 File/Save As ，将新原理图文件保存在用户指定的位置。同时可以改变原理图文件名为 ZONGTU. SchDoc 。此时看到一张空白电路图纸，翻开原理图图纸设置对话框。对于本设计,需要设置成 A1图纸就。单击原理图设置对话框的 OK 按钮页面设置完成。原理图工作环境采用默认设置。3查找