解讀三種嵌入式系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)

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嵌入式系統(tǒng)是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備，核心是由一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先編程好以用來執(zhí)行少數(shù)幾項(xiàng)任務(wù)的微處理器或者單片機(jī)組成。本文將介紹三種基于嵌入式技術(shù)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，分別是電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器、SOHO路由器電路與嵌入式語音識(shí)別電路。　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器
　　采用DSP芯片和外圍電路構(gòu)成速度捕獲電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器采用微控制芯片和外圍電路構(gòu)成了電流采樣、過流保護(hù)、壓力調(diào)節(jié)等電路，利用CPLD實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的邏輯換相。賽車剎車控制器是由防滑控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器組成。兩個(gè)控制器都是以DSP芯片為核心。防滑控制器主要是以滑移率為控制對(duì)象，輸出給定的剎車壓力，以 DSP芯片為CPU，外加賽車和機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理電路等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器主要是調(diào)節(jié)剎車壓力大小，并且控制電動(dòng)機(jī)電流大小，也是以DSP芯片為CPU，再加外圍電路電動(dòng)機(jī)電流反饋調(diào)理電路、過流保護(hù)電路、剎車壓力調(diào)理電路、四組三相全橋逆變電路等構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。
　　信號(hào)處理電路：賽車防滑控制器主要是以滑移率為控制對(duì)象，防止賽車打滑，由滑移率的偏差大小調(diào)節(jié)后輸出壓力參考值，以跟蹤給定的滑移率大小。防滑控制器上必須有賽車前輪和剎車機(jī)輪速度信號(hào)的調(diào)理電路，主要是為了得到反饋的滑移率。賽車速度信號(hào)是以自由滾動(dòng)的賽車前輪速度信號(hào)代替。在賽車的前輪與剎車機(jī)輪上都裝有測速傳感器，當(dāng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，測速傳感器會(huì)產(chǎn)生正弦波形式的交流信號(hào)，機(jī)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，測速傳感器發(fā)出50個(gè)周期的正弦交流信號(hào)。正弦交流信號(hào)的振幅隨輪子速度的變化而變化，其信號(hào)為偏壓2.5V，峰值為0.3V，最大信號(hào)幅值不超過5V的正弦波信號(hào)。
　　

　　電流采樣及過流保護(hù)電路：無刷直流電動(dòng)機(jī)的電流是通過功率驅(qū)動(dòng)電路母線上的電阻進(jìn)行檢測的。母線上面的電阻是由兩個(gè)0.01Ω的功率電阻并聯(lián)，采樣電路是通過這兩個(gè)并聯(lián)的采樣電阻進(jìn)行電流采樣的，采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)送到電流監(jiān)控芯片進(jìn)行放大，然后經(jīng)過由OPA2344（＄0.8875）構(gòu)成二階有源濾波電路濾波，最后得電流反饋信號(hào)，直接送到A/D轉(zhuǎn)換器。
　　

　　硬件過流保護(hù)電路，對(duì)系統(tǒng)的正常工作起到很重要的作用，主要是對(duì)功率器件MOSFET和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。系統(tǒng)還帶有軟件保護(hù)功能，過流信號(hào) OVCURX送到 DSP的輸入引腳，當(dāng)OVCUR為高電平時(shí)，DSP會(huì)產(chǎn)生電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)ENABLE關(guān)斷邏輯信號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。芯片IR2130（＄5.6212）自身帶有過流保護(hù)功能。
　　SOHO路由器電路
　　利用Linux內(nèi)核支持IPMasquerade技術(shù)實(shí)現(xiàn)NAT轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)共享訪問因特網(wǎng)。IPMasquerade工作原理：客戶機(jī)將實(shí)現(xiàn)IPMasquerade的Linux機(jī)器設(shè)置為缺省網(wǎng)關(guān)，當(dāng)IPMasquerade的Linux機(jī)器收到客戶機(jī)的數(shù)據(jù)包時(shí)，對(duì)其進(jìn)行改寫，將源地址替換為自己的IP地址，將源端口號(hào)換成一個(gè)新的端口號(hào)，并且對(duì)該過程進(jìn)行記錄;當(dāng)接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)包時(shí)，如果其端口號(hào)正是先前所指定的端口號(hào)則再對(duì)該數(shù)據(jù)包進(jìn)行改寫，將其目的IP地址及目的端口號(hào)替換為原來記錄的客戶機(jī)IP地址和端口號(hào)，然后再發(fā)送給客戶機(jī)。
　　

　　S3C2410X微處理器通過系統(tǒng)總線連接FLASH和SDRAM構(gòu)成存儲(chǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)上電后，微處理器從FLASH中讀取初始化程序，SDRAM為程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)提供臨時(shí)存儲(chǔ)空間。以太網(wǎng)控制芯片DM9000，經(jīng)單端口隔離變壓器和RJ45接口與互聯(lián)網(wǎng)相連。DM9000 通過MII（獨(dú)立媒體接口）與交換控制芯片RTL8305SC的PORT4口相連，RTL8305SC經(jīng)過4端口隔離變壓器和四個(gè)RJ-45接口連接局域網(wǎng)集線器，交換機(jī)或電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或通過微處理器控制與廣域網(wǎng)連接。
　　DM9000與S3C2410X、RJ45接口電路如圖所示，DM9000E芯片的引腳INT與S3C2410X芯片的外部中斷信號(hào) EINT14相連，S3C2410X片選信號(hào)nGCS4和地址線MA2分別連接DM9000的AEN引腳和CMD引腳。SA6到SA0對(duì)應(yīng)地址總線，而 SA9與SA8引腳設(shè)置為高電平，SA7引腳設(shè)置為低電平，用來片選DM9000;3C2410X的nOE引腳連接DM9000的讀引腳IOR#，nWE 引腳連接DM9000的寫引腳IOW#，并將S3C2410X數(shù)據(jù)線MD［0..15］與DM9000的數(shù)據(jù)線SD［0..15］連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。將 RTL8305S第5端口設(shè)定為一個(gè)MII接口與以太網(wǎng)控制芯片DM9000RMII接口相連，RTL8305S與四端口隔離變壓器和RJ45接口相似。
　　嵌入式語音識(shí)別電路模塊
　　服務(wù)機(jī)器人以服務(wù)為目的，因此人們需要一種更方便、更自然、更加人性化的方式與機(jī)器人交互，而不再滿足于復(fù)雜的鍵盤和按鈕操作。基于聽覺的人機(jī)交互是該領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前主流的語音識(shí)別技術(shù)是基于統(tǒng)計(jì)模式。然而，由于統(tǒng)計(jì)模型訓(xùn)練算法復(fù)雜，運(yùn)算量大，一般由工控機(jī)、PC機(jī)或筆記本來完成，這無疑限制了它的運(yùn)用。嵌入式語音交互已成為目前研究的熱門課題。 嵌入式語音識(shí)別系統(tǒng)和PC機(jī)的語音識(shí)別系統(tǒng)相比，雖然其運(yùn)算速度和內(nèi)存容量有一定限制，但它具有體積小、功耗低、可靠性高、投入小、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于智能家居、機(jī)器人及消費(fèi)電子等領(lǐng)域。
　　模塊的核心處理單元選用ST公司的基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位處理器STM32F103C8T6。本模塊以對(duì)話管理單元為中心，通過以LD3320芯片為核心的硬件單元實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能，采用嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的任務(wù)調(diào)度和外圍設(shè)備管理。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的語音識(shí)別模塊具有高實(shí)時(shí)性、高識(shí)別率、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
　　語音識(shí)別電路
　　

　　圖3為語音識(shí)別部分原理圖，參照了ICRoute發(fā)布的LD3320數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。LD3320的內(nèi)部集成了快速穩(wěn)定的優(yōu)化算法，不需外接Fla-sh、RAM，不需要用戶事先訓(xùn)練和錄音而完成非特定人語音識(shí)別，識(shí)別準(zhǔn)確率高。圖中，LD3320采用并行方式直接與 STM32F103C8T6相接，均采用1kΩ電阻上拉，A0用于判斷是數(shù)據(jù)段還是地址段；控制信號(hào)，復(fù)位信號(hào)以及中斷返回信號(hào)INTB與 STM32F103C8T6直接相連，采用10kΩ電阻上拉，輔助系統(tǒng)穩(wěn)定工作；和STM32F103C8T6采用同一個(gè)外部8 MHz時(shí)鐘；發(fā)光二極管D1、D2用于復(fù)位后的上電指示；MBS（引腳12）作為麥克風(fēng)偏置，接了一個(gè)RC電路，保證能輸出一個(gè)浮動(dòng)電壓給麥克風(fēng)。
　　編輯點(diǎn)評(píng)：
　　嵌入式語音識(shí)別電路模塊對(duì)話管理單元為中心，通過以LD3320芯片為核心的硬件單元實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能，采用嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的任務(wù)調(diào)度和外圍設(shè)備管理，設(shè)計(jì)的語音識(shí)別模塊具有高實(shí)時(shí)性、高識(shí)別率、高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。文中對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器電路、SOHO路由器電路與嵌入式語音識(shí)別電路進(jìn)行了深行次分析，請(qǐng)讀者細(xì)細(xì)品讀。

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