基于嵌入式系統的實時控制模塊設計方案

　　隨著現代通信技術的發展，通信測試儀器不斷推陳出新。各種新型設備對系統的實時響應能力的要求越來越高，一種通信測試儀器的實時響應性能，就成為系統設計能否成功的關鍵因素之一。筆者曾在多個通信測試儀器項目中，成功地應用ARM處理器、C51單片機等為主控芯片的嵌入式系統，實現了對儀器相關模塊的實時控制功能。因此提出一種在某通信測試儀器中使用C51單片機來實現實時控制的設計方案。

　　1 硬件設計與實現

　　1.1 總體方案設計

　　在該通信測試儀器中，實時控制模塊主要實現對射頻接收頻綜、射頻發生頻綜、濾波器組件、射頻輸入模塊、射頻輸出模塊等實時控制作用。對射頻檢波信號進行A/D轉換以獲取數據。與上位計算機進行通信等功能。

　　根據待實現的系統功能要求，綜合考慮系統資源，及芯片性價比等因素，確定采用以C51單片機為主控芯片的嵌入式系統方案，芯片為Silicon Labs的C8051F120,具有128 kB片內Flash存儲器、8×1 024+256 Byte的片內RAM,可尋址64 kB地址空間的外部數據存儲器接口、SPI、UART、定時器、時鐘振蕩器、PLL等，片上外設資源豐富、控制方便。

　　系統資源分配：射頻接收、發射頻綜模塊，內含DDS,PLL等，外部控制接口是微控制接口，因此直接用單片機的地址、數據、控制三總線實施控制。濾波組件、射頻輸入/輸出模塊等的工作狀態與接口上信號電平高低有關，因此用GPIO的方式進行控制。A/D轉換控制使用串行外圍設備接口SPI.與上位機的通信使用RS-232串口。總體設計框圖如圖1所示。

　　1.2 總線及I/O控制的設計

　　對于射頻接收頻綜、射頻發射頻綜模塊,直接采用總線控制,為避免不同的模塊控制時相互干擾，用3-8譯碼器對總線地址譯碼，產生不同模塊的片選信號。同時數據線通過總線收發器以提高帶負載能力。對于濾波組件、射頻輸入/輸出等用I/O控制的模塊，并未直接使用51芯片的GPIO引腳，則是將數據總線經鎖存后模擬GPIO信號供相關模塊使用，如圖2所示，其中，IO_/WR1由B_/CS7與單片機寫線邏輯或后產生。

　　1.3 SPI及RS232控制接口

　　C8051F120芯片上本身自帶了A/D轉換器，但只有12位，不適合該系統的需求，故在片外另加一片ADI公司的AD7707.其分辨率為16位，是∑-△體系結構，轉換的是輸入電平的平均值。三通道，輸入電平范圍可達±10 mV~±10 V.根據實際要求，該系統使用AIN3高電平輸入端口，Unbuffered模式，HICOM、REF-接模擬地，VBIAS與REF+均接+2.5 V參考電壓，模擬電源5 V,數字電源3.3 V,能檢測輸入范圍為0~10 V的單極性電平。其控制接口是同步串行口，用51芯片的SPI直接控制。圖3是AD7707的電氣連接圖。