基于ARM的某机载电台检测控制器的设计

1 硬件设计

    良好的硬件设计是是解决基于单片机、PXI、VXI等系统的电台检测仪问题的关键。为实现硬件结构的模块化设计，硬件主要分为两大部分：主控制器电路和调理电路。为设计一个具有高性能、低功耗、可扩展性好和低成本检测仪，主控制器的选择至关重要，为满足检测仪的可扩展性设计主控制器必须具备网络功能、USB存储、串行通信、SPI通信、I2C通信、模数转换等功能模块，为满足人机交互设计的要求，还必须具备必要的频率预置电路、显示电路等。具备这么多功能的控制器以及满足高性能、低功耗等性能的控制器只有ARM处理器才能完成。根据某电台的电气特性，主控器和电台之间的通信还必须进行必要的电平转换，另外电台输出的响应信号不能直接送到主控制器，还必须进行必要的分压网络、阻抗匹配等电路设计，这就需要调理电路。主控制器电路和调理电路相配合来完成电台的检测工作，根据电台测试需求设计的硬件整体结构如图1所示。

 
图1  某电台监测仪总体设计原理框图

    1.1 主控制器

    主控制是电台检测控制器的核心，担负着信息采集、存储、网络功能以及和电台通信等重要任务，主控制的好坏也直接决定了系统性能，经对比选择飞利浦公司的LPC2388作为该电台的主控制器，该器件是基于ARM7TDMI-S内核的处理器，具有太网控制器、USB控制器、I2C、串行接口等丰富的外设，可以满足该检测仪的需求。

    1.2 存储电路

    为满足可扩展性、测试结果可存储的要求，检测控制器要把每次对某型电台测量的结果保存下来，这就需要有主控制器和无线电综合测试仪之间能进行通信，某无线电综合测试仪对外通信有串口通信方式，在测量时可以把通信控制接口连接到无线电综合的串口线上，这样就可以把测试结果读到控制系统内部，想把该信息存储下来，存储器就必须满足可擦写，为节省控制器的宝贵的通用I／O口，选择具有12C通信存储功能CAT24WC64作为E2PROM，该器件负责保存电台性能测试结果，最多保存50次电台测试结果，超过50次，系统自动把原来存储的测试结果擦除掉然后再存储。当需要查看系统电台测试结果时通过3种方法来实现：1)把USB存储设备插入USB存储接口电路，系统会自动识别该设备，然后选择存储测试结果按键就可以把保存测试结果保存到USB存储设备：2)通过网络接口和计算机相连接，然后用远程控制的方式来读取测试结果：3)利用串行通信方式把信息读到计算机中。

    1.3 USB存储接口电路

    USB接口电路是完成和USB存储设备通信的窗口，LPC2388内部具有兼容USB2．0协议的控制器，这种控制器为USB接口设计提供方便。为满足系统可靠性，在D+和D-线上分别串接上一只33 Ω的电阻，在D+上还要增加一只1．5 kΩ上拉电阻，为表明USB存储设备连接上，在Ul_UPLED引脚上增加一个指示灯，当USB存储设备连接，指示灯亮。

    1.4 网络接口电路

    为满足远程控制需要，检测控制器就应该具备网络控制接口。LPC2388具有10／100 Mb／s以太网通信速率，为保证可靠传输，通过内部集成了16 KB字节的以太网控制器专用SDRAM、以太网控制器和ARM7内核之间使用高速AHB总线通信，并且使用了专用DMA进行数据传输来实现。处理器内部使用的以太网控制器使用RMII接口，通过与外围电路PHY芯片DM916lA进行通信就可以实现以太网通信功能。

    1.5 频率形成电路

    电台检测仪要想充分地检测电台性能，应检测多个频率点处电台性能，这样就要求检测仪能够输出频率可变的控制码，频率控制码的形成就需要频率形成电路。频率形成电路就是通过脉冲整形、计数，最后进过缓冲送到主控制器。脉冲形成电路利用自复位开关来实现，整形电路利用MAX708计数和缓冲电路分别利用54HCl90和54LVC245来实现，为节省处理器宝贵的I／O口资源，采用模拟总线的方式来实现，通过锁存、译码电路来控制频率码的形成。

    1.6 显示、键盘电路

    显示电路是人机交互的窗口，直接显示了当前检测仪所处的状态和电台检测结果。当检测的电台不能满足性能要求时，直接显示错误结果；键盘电路完成检测仪部分功能的输入。为保证检测仪显示结果的可靠性，检测仪显示电路采用抗干扰性强的LED数码管显示，LED数码管的驱动器选用ZLG7290，ZLG7290利用三线串行码与ARM处理器进行信息交互，其动态显示功能降低了系统功耗。ZLG7290除了用来驱动显示数码管外，电台检测的部分输入也通过其键盘接口来实现，其电路图如图2所示。

 
图2  显示键盘电路原理图