基于神经元芯片和单片机双处理器结构LON节点的研究

论文摘要

LonWorks技术是美国Echelon公司于90年代初推出的一种完全开放的现场总线技术,但是仅仅凭借单一的处理器Neuron芯片无法完成实时性高的多进程、多任务的并行处理,不能满足采集量和控制量要求较多的现场设备的要求,探讨了一种基于神经元芯片MC143150和单片机AT89S51的双处理器结构LON节点的开发与设计,减少了Neuron芯片在外部事件上的开销,充分发挥它在通讯上的优越性,利用AT89S51与现场设备之间快速地交换信息,满足系统实时监控的要求。对开发节点所需的技术理论进行了分层次的论述,主要涉及了LonWorks技术的神经元芯片和LonTalk协议,单片机技术的硬件和软件资源。以此为基础,重点阐述了数字量输入/输出控制节点和模拟量输入/输出控制节点的硬软件开发过程,涵盖了电源模块、输入/输出通道、存储器扩展、通讯接口、神经元芯片MC143150和单片机AT89S51两控制器的接口、时钟,复位,晶振等其他外围电路、神经元芯片MC143150的程序设计、单片机AT89S51的程序设计。设计过程充分考虑了使节点达到性能最优的各种因素,采用MAX1677、MAX8876提供稳定的电源供给;采用AT29C512外扩32KB的存储空间;采用光电隔离器、MAX197和MAX527作为输入/输出通道,不仅交换信息准确迅速,还具有很高的抗干扰性;FTT-10A自由拓扑双绞线收发器作为通讯接口满足系统的高性能、高共模隔离的要求。为设计出一个体积小、性价比高、工作可靠的节点, MC143150和AT89S51两控制器的接口采用一种新型串行总线SPI和I2C,它占用端口较少,为节点PCB的布局节省空间,减少芯片硬件资源的占用,适应了系统集成化、小型化的发展要求;MC143150用Neuron C语言声明的Neurowire和I2C输入/输出对象与AT89S51利用C51语言模拟的SPI和I2C总线接口进行数据交换。最后对节点性能的优化措施进行了论述。通过实验表明,基于神经元芯片MC143150和单片机AT89S51的双处理器结构LON节点克服了神经元芯片事件巡检的调度机制的负面影响,能够进行复杂的系统控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 LONWORKS 技术产生背景和发展动态
• 1.2 单片机技术产生背景和发展动态
• 1.3 课题研究的目的意义和主要内容
• 1.3.1 课题研究的目的和意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第2章 LON 节点开发设计的核心技术
• 2.1 LONWORKS 技术
• 2.1.1 神经元芯片
• 2.1.2 LonTalk 通信协议
• 2.2 单片机技术
• 2.2.1 单片机的硬件资源
• 2.2.2 单片机的软件资源
• 2.3 本章小结
• 第3章 数字量输入/输出LON 节点的设计
• 3.1 数字量LON 节点开发技术说明
• 3.2 数字量LON 节点的硬件设计
• 3.2.1 电源电路设计
• 3.2.2 输入/输出通道设计
• 3.2.3 节点存储器扩展设计
• 3.2.4 节点通讯接口设计
• 3.2.5 单片机AT89S51 与神经芯片MC143150 接口设计
• 3.2.6 其它外围电路设计
• 3.3 数字量LON 节点软件设计
• 3.3.1 神经元芯片MC143150 的程序设计
• 3.3.2 单片机AT89551 的程序设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 模拟量输入/输出LON 节点的设计
• 4.1 模拟量LON 节点开发技术说明
• 4.2 模拟量LON 节点的硬件设计
• 4.2.1 电源电路设计
• 4.2.2 输入/输出通道设计
• 4.2.3 节点存储器扩展设计
• 4.2.4 节点通讯接口的设计
• 4.2.5 单片机AT89S51 与神经芯片MC143150 接口设计
• 4.2.6 其它外围电路设计
• 4.3 模拟量LON 节点软件设计
• 4.3.1 神经元芯片MC143150 的程序设计
• 4.3.2 单片机AT89S51 的程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 LON 节点的性能优化
• 5.1 节点硬件性能优化
• 5.1.1 路由器
• 5.1.2 寄生耦合
• 5.1.3 电源分配及解耦
• 5.1.4 传输介质
• 5.1.5 静电放电ESD
• 5.2 节点软件性能优化
• 5.2.1 网络配置属性
• 5.2.2 配置报文的属性
• 5.2.3 应用资源
• 5.2.4 软件抗干扰
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢