摘要：為改進目前機電設備技術含量低且不能滿足現(xiàn)代I業(yè)要求的問題。應用嵌入式技術進行設計。設計了一個集音頻/視頻信號識別/處理、存儲器擴展、外部接口模塊等為一體的嵌入式控制裝置。使得機電設備的信息化、自動化和數(shù)字化改善效果顯著，并為傳統(tǒng)制造業(yè)的更新?lián)Q代提供了參考價值。

　　關鍵詞：裝備設計 嵌入式技術 機電設備 現(xiàn)代工業(yè) 自動化

　　引言

　　本文從機電設備面臨的技術問題和嵌入式技術入手，將嵌入式技術集成到機電設備中。總的來說，就是將嵌入式技術的理論和應用整合到機電設備控制裝置的設計和開發(fā)中，以設計一個具有高可靠性和高性能的基于微處理器的控制裝置。

　　一、研究背景

　　近幾年，制造業(yè)公司在經(jīng)濟和技術等發(fā)面發(fā)展較為低迷。追根溯源，最重要的原因是機電設備智能化水平低下，技術更新不及時，以至于無法達到工程的標準，因而在激烈的市場競爭中無法形成自己獨特的優(yōu)勢，常以失敗告終。如果制造企業(yè)要改變現(xiàn)狀，積極響應和擁護政府的政策支持和體制改革是必由之路[1]。即機電設備需要經(jīng)過深入的技術更新?lián)Q代升級，使其在市場中的競爭力得到加強，為企業(yè)的發(fā)展提供更多的機會，為行業(yè)注入更多的活力。因而，應用新型技術設計出更符合“中國制造2025”倡議的新型設備才能夠加快制造智能化前進的腳步。

　　二、嵌入式技術在裝置系統(tǒng)設計當中的應用

　　本裝置的系統(tǒng)中使用的RTOS主要有兩種類型：免費的和商業(yè)的。免費的實時操作系統(tǒng)主要包括Linux和UC/OSII，而Linux又分為RT-Linux和uLinux。商業(yè)操作系統(tǒng)主要包括VXWork、WindowsCE4.0和PalmOS。這些類型的商業(yè)系統(tǒng)有不同的應用范圍：CE4.0適用于消費類電子設備，Palm適用于PAD，而VX則適用于網(wǎng)絡。在對VXWork、RT-LIMUX和UC/OSII三種平臺的性能進行比較的基礎上(包括硬件平臺、任務切換和中斷響應)，擬將UC/OSIIl視為為機電控制系統(tǒng)開發(fā)的實時操作系統(tǒng)。UC/OSII有以下顯著特點：

　　(1)包含相應的源代碼，這使得其能夠為系統(tǒng)軟件的遷移和二次開發(fā)提供有利條件(2)可移植性較高，其大部分源代碼是由ANSIC編譯(3)RTOS具有可固化的特點，其內(nèi)核相對較小，可用于FLASHROM中的應用(4)使用條件編譯來執(zhí)行軟件和硬件裁剪，從而使實時操作系統(tǒng)更加方便(5)搶占式實時操作系統(tǒng)是保證其滿足實時應用要求的可靠保證(6)可同時處理多項任務(7)能夠在應用過程中知道服務的功能和執(zhí)行時間(8)可以同時執(zhí)行中斷管理。

　　嵌入式技術在工業(yè)控制設備中的應用越來越廣泛，它可以提高處理器的性能，實現(xiàn)設備狀態(tài)的實時監(jiān)測和處理，確保應用效果[2]。特別是在目前64位處理器大幅度覆蓋的情況下，不僅要能保證大量的接口總線資源以提升數(shù)據(jù)采集和匯總處理的效率，還要滿足終端客戶的需求，為他們提供相關領域的幫助支持，從而打造完美的產(chǎn)業(yè)設備平臺。例如在機器人技術初期，就與嵌入式系統(tǒng)有著千絲萬縷的關系[3]。最早的控制方法只是從“與非門”電路中汲取經(jīng)驗，并沒有進行芯片的使用，后來人們才開始認可智能控制的學理。在上世紀70年代，智能控制的發(fā)展為嵌入式技術指明了前進的道路，提升了系統(tǒng)的可靠性和易操作性，并且直接創(chuàng)建了一個更完整的架構和操作程序。

　　嵌入式技術在機電一體化設備中的應用也體現(xiàn)在分布式控制系統(tǒng)中。由于測控對象多，對生產(chǎn)過程自動化要求高，為了解決這些問.題就采用了嵌入式技術，可以滿足分布式控制系統(tǒng)對高效率的運行需求。以此加快集散控制系統(tǒng)的應用效率，實現(xiàn)技術系統(tǒng)的集成和升級。

　　三、基于嵌入式技術的控制裝置的設計

　　(一)硬件框架的設計

　　主處理器為TI的32位定點高性能芯片642，該芯片包含各類硬件資源，例如視音頻;并配備了各種接口，例如網(wǎng)絡端口，PCI接口等。在視音頻處理和信號分析方面，芯片主頻率可以達到720Mhz，每秒可執(zhí)行命令的數(shù)量多達560Mbps。其EMFA接口數(shù)據(jù)總線寬度為64位，最大頻率為133Mhz。該裝置主要由視音頻信號處理模塊、外部儲存器模塊和外部接口模塊組成。圖1較為詳細地展現(xiàn)了本裝置的結(jié)構組成。

　　1.視頻處理模塊的設計：為保證視頻解碼性能良好，采用了TI的解碼芯片。TVP5150PBS可以識別的信號轉(zhuǎn)換為YCBCR。其中，YCBCR為4：2：2，輸出為“ITU-RBT.656”[4]。處理器支持BT.656視頻數(shù)據(jù)流的輸入，也可以完美地銜接到TVP150。

　　此模塊選用了SAA7121H芯片，可對NTSC、PAL進行識別，支持BT.656進行輸入。對于數(shù)字視頻信號，則只能在經(jīng)過DSP識別處理后才能進行顯示，可選擇CVBS或S-Video進行輸出，并能完美銜接到中央處理器。

　　2.音頻處理模塊的設計：音頻解碼芯片采用TI的TLV320AIC23B，其性能十分出色，用以支持LINEQIN和MIC的輸入。它的內(nèi)部集中，構成一個有機整體，采用sigma-delta過采樣技術，不僅降低了能量損耗，還提高了信噪比。

　　主處理器芯片的MC64接口可以應用于多通道音頻處理，采用

　　TV510的27MHz時鐘輸出作為輸入，使用可編程鎖相環(huán)PL1708來確保同時采樣和回放視頻和音頻，以此實現(xiàn)單獨或同時執(zhí)行多通道的數(shù)據(jù)接收和傳輸。

　　3.外部存儲器模塊的設計：主處理器芯片通過EMIF接口訪問外部存儲器。CE3CE0、8-bit啟用線Be[7：0]、20-bit地址線A[22：03]、64-bit數(shù)據(jù)線D[63：00]這四位芯片選擇器共同組成了EMIF，每個CEX有256Mb的可尋址內(nèi)存，可用于適配各類的接口，如SDRAM、Flash、SRAM等。CE1還被用來將1Mx8位閃存擴展到數(shù)據(jù)緩沖空間。外部存儲區(qū)的地址范圍為0X900[J].000～0x9001FFFFF。

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