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1 控制器的组成结构 水下航行器控制器由MCU较小系统(JTAG电路、复位电路)、外扩Flash存储模块、I/O接口、隔离电路模块、通讯电路等组成。其系统结构图如图1所示。整个控制器包含4大部分，**是MCU较小控制系统，包括复位电路和JTAG调试电路。**是数据采集部分，I/O接口和RS2 32串行接口用于与水下各种传感器相连接，收集传感器发送的实时数据，并传输至MCU进行分析融合。有的传感器送出的是模拟形式的信号，还要使用AD/DA转换模块加以转换后再进入处理*。数据采集部分还包括一个温度数据收集电路，用作系统运行状态的监控。三是数据存储模块，主要用于存储和输出实验数据。在水下航行器运行过程中记录航行数据，也可用于调试目的。四是通讯部分，主要包括CAN总线接口电路，用于与其他节点之间互相传输被控过程的数据和其他控制命令。2 MCU较小控制系统 文中采用基于ARM7-TDMI架构的NXP2478嵌入式微控制器作为主控计算机。NXP2478以ARM7为内核，它包括一个10/100以太网媒体访问控制器(MAC)、1个带4 kB终端RAM的USB全速设备/主机/OTG控制器、4个UART、两路CAN通道、1个SPI接口、两个同步串行端口、3个I2C接口和1个I2S接口。同时还带有一个4 MHz的片内振荡器、98 kB RAM，以及一个外部存储器控制器来支持上述的各种串行通信接口。以NXP2478为**的较小系统主要包括电源模块、复位电路和JTAG模块，电源模块实现2个功能：1)电压转换功能，将输入为5 V电平的电压降至NXP2478的3.3 V工作电压。2)稳压稳流功能，微控制器需要纹波比较小的稳定电压供电，电压如果突然下降往往会引起程序的跑飞，因此，必须要有专门的电路来稳定工作电压。一般通过并联大电阻来稳定工作电压。复位电路则可以采用自带看门狗功能的复位芯片来完成。主要实现上电复位、掉电复位、人工复位等功能。看门狗电路可以在程序跑飞时提供自动复位的保护措施。JTAG电路主要实现程序的在线仿真和烧写功能。3 数据采集电路 数据采集是指从传感器中**现场信息的过程。水下航行器控制器所用到的主要是GPS、MTI姿态传感器、深度等传感器。传感器输出信号的标准大多是RS232/485标准.有些传感器的信号需要经过数模转换。因此数据采集电路主要包括RS232/485、I/O接口电路、AD/DA转换电路和隔离电路。NXP2478自身带有4个串行端口，其中有一个为9线制端口，有完整的握手信号。但这些端口的工作电平为0～3.3 V。而RS232的电压约为±12 V左右，所以需要一个电平转换芯片，这里采用常用的MAX232芯片。I/O接口电路也需要进行兼容电平的转换，外部开关信号可能电压幅度比较大，采用隔离芯片既可以保护外部信号串扰对控制器的影响4 数据存储模块 数据存储模块使用Nand Flash与微控制器接口来实现。Nand Flash内存是flash内存的一种，在嵌入式系统中的地位和PC机上的硬盘是类似的。具有容量大、改写速度快、系统掉电后数据不会丢失等优点，适用于大量数据的存储。Nand Flash的接口本质上是一个I/O接口，数据总线宽度8bit，没有地址总线。CLE和ALE这两条信号线用于区分总线上的数据类别。当系统对Nand Flash设备数据访问的时候，需要先向Nand Flash设备发出相关的命令和参数，然后再读出需要的数据。在连接中，注意用NXP2478的地址线A19与A20连接ALE和CLE引脚，这种连接方式必须在配置总线速度的时候使NXP2478总线速度和Nand Flash时序相匹配。电路中R/-(-相)引脚和写保护引脚直接接上拉电阻。此外还有一种方案是把R/-(-还)引脚与GPIO口相连，主要目的是当读写Nand Flash操作完成时，这可以通过中断来判断一次的读或者写完成的时刻。
1 控制器的组成结构 水下航行器控制器由MCU较小系统(JTAG电路、复位电路)、外扩Flash存储模块、I/O接口、隔离电路模块、通讯电路等组成。其系统结构图如图1所示。整个控制器包含4大部分，**是MCU较小控制系统，包括复位电路和JTAG调试电路。**是数据采集部分，I/O接口和RS2 32串行接口用于与水下各种传感器相连接，收集传感器发送的实时数据，并传输至MCU进行分析融合。有的传感器送出的是模拟形式的信号，还要使用AD/DA转换模块加以转换后再进入处理*。数据采集部分还包括一个温度数据收集电路，用作系统运行状态的监控。三是数据存储模块，主要用于存储和输出实验数据。在水下航行器运行过程中记录航行数据，也可用于调试目的。四是通讯部分，主要包括CAN总线接口电路，用于与其他节点之间互相传输被控过程的数据和其他控制命令。2 MCU较小控制系统 文中采用基于ARM7-TDMI架构的NXP2478嵌入式微控制器作为主控计算机。NXP2478以ARM7为内核，它包括一个10/100以太网媒体访问控制器(MAC)、1个带4 kB终端RAM的USB全速设备/主机/OTG控制器、4个UART、两路CAN通道、1个SPI接口、两个同步串行端口、3个I2C接口和1个I2S接口。同时还带有一个4 MHz的片内振荡器、98 kB RAM，以及一个外部存储器控制器来支持上述的各种串行通信接口。以NXP2478为**的较小系统主要包括电源模块、复位电路和JTAG模块，电源模块实现2个功能：1)电压转换功能，将输入为5 V电平的电压降至NXP2478的3.3 V工作电压。2)稳压稳流功能，微控制器需要纹波比较小的稳定电压供电，电压如果突然下降往往会引起程序的跑飞，因此，必须要有专门的电路来稳定工作电压。一般通过并联大电阻来稳定工作电压。复位电路则可以采用自带看门狗功能的复位芯片来完成。主要实现上电复位、掉电复位、人工复位等功能。看门狗电路可以在程序跑飞时提供自动复位的保护措施。JTAG电路主要实现程序的在线仿真和烧写功能。3 数据采集电路 数据采集是指从传感器中**现场信息的过程。水下航行器控制器所用到的主要是GPS、MTI姿态传感器、深度等传感器。传感器输出信号的标准大多是RS232/485标准.有些传感器的信号需要经过数模转换。因此数据采集电路主要包括RS232/485、I/O接口电路、AD/DA转换电路和隔离电路。NXP2478自身带有4个串行端口，其中有一个为9线制端口，有完整的握手信号。但这些端口的工作电平为0～3.3 V。而RS232的电压约为±12 V左右，所以需要一个电平转换芯片，这里采用常用的MAX232芯片。I/O接口电路也需要进行兼容电平的转换，外部开关信号可能电压幅度比较大，采用隔离芯片既可以保护外部信号串扰对控制器的影响4 数据存储模块 数据存储模块使用Nand Flash与微控制器接口来实现。Nand Flash内存是flash内存的一种，在嵌入式系统中的地位和PC机上的硬盘是类似的。具有容量大、改写速度快、系统掉电后数据不会丢失等优点，适用于大量数据的存储。Nand Flash的接口本质上是一个I/O接口，数据总线宽度8bit，没有地址总线。CLE和ALE这两条信号线用于区分总线上的数据类别。当系统对Nand Flash设备数据访问的时候，需要先向Nand Flash设备发出相关的命令和参数，然后再读出需要的数据。在连接中，注意用NXP2478的地址线A19与A20连接ALE和CLE引脚，这种连接方式必须在配置总线速度的时候使NXP2478总线速度和Nand Flash时序相匹配。电路中R/-(-相)引脚和写保护引脚直接接上拉电阻。此外还有一种方案是把R/-(-还)引脚与GPIO口相连，主要目的是当读写Nand Flash操作完成时，这可以通过中断来判断一次的读或者写完成的时刻。 | 
