CN102231060A - 一种通用硬件平台装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于各种应用电子控制的通用硬件平台装置，其包括中央处理器模块、键盘输入显示模块、输入输出模块和供电模块。本发明的通用硬件平台装置基于LPC175X或者具有相同功能的系列处理器，集成了先进的内核结构，具有功能充分的结构设计，集良好的功耗控制和低成本于一体。其中，中央处理器模块中采用高性能工业用微处理器和可编程的高性能CPLD处理器，还包括RS422、RS232、LAN等多接口功能的输入输出模块，使得整个装置与传统的开发平台相比功能更多，实用性更强。本发明的通用硬件平台装置的结构能够确保整个平台工作能够更加稳定和完整。

Description

一种通用硬件平台装置

技术领域

本发明涉及一种通用硬件平台装置，特别涉及各种应用于电子控制的通用硬件平台装置。 

背景技术

硬件平台系统是将一系列的微处理器、存储器按照一个要求设计出的电路控制电路系统。而通用的硬件平台就是基于传统的硬件平台来实现共通的功能。也就是说设计一个通用的硬件平台用于为多种装置提供控制电路，而不用针对每个装置都要重新设计。 

现代硬件平台系统是现代电子系统设计的一个发展方向，它将原先分立的多个芯片集成在一块芯片中，通过提高芯片的集成度、减少系统芯片的数量和相互之间的PCB连线、减少PCB面积来降低整个系统的成本，同时使系统的性能、功能和可靠性都有很大的提高。随着新型的高性能、低成本处理器的出现和综合技术的提高，基于这种的可编程处理器的系统正逐步走向市场。该硬件平台系统，具有设计周期短、产品上市速度快、设计风险和设计成本低、集成度高、灵活性大、维护和升级方便、硬件缺陷修复和排除简单等优点。 

硬件平台多用于电机驱动和各种应用装置的控制，例如医疗设备、手持设备和汽车电子等领域。但是随着技术的发展和人们对工作和消费的需求。对硬件平台提出的要求越来越高。现今能够占领市场的芯片往往都具有如下特点：功能强大，外设丰富，兼容性高，良好的功耗控制，优秀的电源管理能力，低廉的成本。但是往往功能强大的硬件平台都伴随的结构复杂、维修升级困难和成本居高不下的缺点，这也是现在行业中共同面对的课题。 

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种通用硬件平台装置，其能够实现一个高性能低成本低功耗的新技术硬件平台。 

本发明涉及的通用硬件平台装置，其特征在于，具有： 

中央处理器模块，其包括：LPC处理器模块，分别通过数据总线与上述LPC处理器模块连接的LPC处理器下载模块和补充功能模块，通过主板接总线与上述LPC处理器模块连接的CPLD模块，由用于提供基本的时钟信号的晶振电路和用于提供复位信号的复位电路构成的晶振及复位模块，和通过数据总线与上述CPLD模块连接的CPLD下载模块； 

键盘输入显示模块，至少包括两个键盘输入显示单元，上述键盘输入显示单元通过IIC总线与上述LPC处理器模块连接； 

输入输出模块，其通过RS232总线、RS422总线和LAN总线与上述LPC处理器模块连接；和 

供电模块，其提供直流电压。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述LPC处理器模块采用LPC1752微处理器。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述键盘输入显示单元采用ZLG7290控制器。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述CPLD模块采用EPM1270。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述输入输出模块具有RS232接口装置、RS422接口装置、LAN接口装置、外部扩展输入输出单元和扩展接口。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述RS232接口装置包括RS232接口控制单元和与其连接的RS232总线接口，其中，上述RS232接口控制单元通过上述RS232总线与上述LPC处理器模块连接，采用MAX232控制器，上述RS232总线接口与外部设备连接，采用9针式RS232接口。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述RS422接口装置包括RS422接口控制单元和与其连接的RS422总线接口，其中，上述RS422接口控制单元通过上述RS422总线与上述LPC处理器模块连接，采用MAX489控制器，上述RS422总线接口与外部设备连接，采用5针式RS422接口。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述LAN接口装置包括LAN接口控制单元和与其连接的LAN总线接口，其中，上述LAN接口控制单元与上述LPC处理器模块连接，采用RTL8019控制器，上述LAN总线接口与上述外部设备连接。

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述晶振电路包括一个输入端子、一个输出端子、晶振元件、两个负载电容和接地端，其中，上述晶振元件的两端分别连接到上述输入端子和上述输出端子上，上述晶振元件的两端各与一个上述负载电容的一端连接，两个上述负载电容的另一端接地。 

根据上述的本发明的通用硬件平台装置，其中，上述复位电路包括电源端子、负载电容、复位端子、复位开关、接地电阻、复位电阻和接地端，其中，上述复位端子通过上述负载电容与上述电源端子连接，通过上述接地电阻与上述接地端连接，上述负载电容的两端分别与上述复位电阻和上述复位开关的串联的两端连接。 

本发明的通用硬件平台装置基于LPC175X或者具有相同功能的系列处理器，集成了先进的内核结构，具有功能充分的结构设计，集良好的功耗控制和低成本于一体。其中，中央处理器模块中采用高性能工业用微处理器和可编程的高性能CPLD处理器，还包括RS422、RS232、LAN等多接口功能的输入输出模块，使得整个装置与传统的开发平台相比功能更多，实用性更强。本发明的通用硬件平台装置的结构能够确保整个平台工作能够更加稳定和完整。 

此外，本发明的通用硬件平台装置具有多项创新点，例如进行了核心板和基板的可分离设计，即既可以将芯片直接焊到基板上也可以独立制作成核心板后插在基板上，符合现代电子设计中对产品的灵活性要求以及严格的成本意识。另外在基板上集成了几乎市面上可以见到的所有外设与接口，使得开发流程变得十分便捷，符合现代电子设计中对高集成度的要求。另外装置平台的设计严格控制功耗，使得功耗十分低，符合现代电子设计中低功耗的要求。 

附图说明

图1为表示本发明的通用硬件平台装置的整体方框图。 

图2为表示本发明的通用硬件平台装置的控制部分电路图。 

图3为表示本发明的通用硬件平台装置的键盘显示部分电路图。 

图4表示通用硬件平台装置的多功能输入输出模块10中的RS232接口装置的电路图。 

图5表示本发明的通用硬件平台装置的多功能输入输出模块10中的LAN接口装置的电路图。 

图6表示本发明的通用硬件平台装置的晶振电路的电路图。 

图7表示本发明的通用硬件平台装置的复位电路的电路图。 

附图标记说明： 

1-供电模块；2-键盘输入显示单元；3-键盘输入显示单元；4-LPC处理器下载模块；5-其他功能模块；6-晶振及复位模块；7-CPLD下载单元；8-LPC处理器模块；9-CPLD模块；10-多功能输入输出模块；11-IIC总线；12-RS232总线；13-RS422总线；14-LAN总线；15-IIC总线；16-主板接总线；17-读信号；18-写信号。 

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的结构和操作过程进行更具体的说明。 

图1所示为本发明的通用硬件平台装置的整体结构图。 

本发明的通用硬件平台装置由供电模块1、键盘输入显示部分、控制部分和接口部分共同组成。其中供电模块1是为本装置的键盘输入显示部分、控制部分和接口部分提供电源。系统所需电源为直流5V电源。 

本实施例中的键盘输入显示部分由键盘输入显示单元2和键盘输入显示单元3共同组成，它们分别包括由LED构成的显示部和键盘输入部。键盘输入显示单元2通过IIC总线11与控制部分中的LPC处理器模块8相连接。键盘输入显示单元3通过IIC总线15与控制部分中的LPC处理器模块8相连接。键盘输入显示单元2、3采用的是ZLG7290控制器。ZLG7290是一种IIC接口键盘及LED驱动管理器件，提供数据译码和循环、移位、段寻址等控制。它可采样64个按键或传感器，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。 

本发明中的控制部分由LPC处理器模块8、LPC处理器下载模块 4、CPLD模块9、CPLD下载模块7、晶振及复位模块6、其他功能模块5、主板接总线16共同组成。 

LPC处理器模块8(LPC1752)通过数据总线与LPC处理器下载模块4相连接。CPLD模块9通过数据总线与CPLD下载模块7相连接。LPC处理器模块8通过数据总线与补充功能模块5相连接。LPC处理器模块8通过主板接总线16与CPLD模块9相连接。LPC处理器模块8通过主板接总线16向CPLD模块9发送读信号17和写信号18，对CPLD模块9进行读写操作。 

晶振及复位模块6包括晶振电路和复位电路两部分。其中的晶振电路的作用是为本发明的通用硬件平台装置提供基本的时钟信号。本通用硬件平台装置共用一个晶振电路，便于各部分保持同步。其中复位电路为本通用硬件平台装置上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，本通用硬件平台装置的复位电路中，电源稳定后还要经过一定的延时才撤销复位信号，以防止电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 

本发明中的LPC处理器模块8采用了高性能的LPC1752微处理器。CPLD模块9采用了EPM1270共有1270个宏模块。EPM1270通过读取外部按键信息来确定实现全部所需功能。 

本发明中的LPC处理器模块8分别通过RS232总线12、RS422总线13和LAN总线14与多功能输入输出模块10相连接。并通过多功能输入输出模块10与控制设备和外部设备相互连接。 

本发明中的多功能输入输出模块10包括RS232总线接口、RS422总线接口、LAN总线接口和外部扩展输入输出单元和扩展接口。多功能输入输出模块10的作用是交换处理器和外部设备的数据。并输出控制信号用于控制外部连接设备。 

图2所示为本发明的通用硬件平台装置的控制部分电路图。此外，图3所示为本发明的通用硬件平台装置的键盘显示部分电路图。 

图4所示为通用硬件平台装置的多功能输入输出模块10中的RS232接口装置的电路图。 

通用硬件平台装置的多功能输入输出模块10包括RS232接口装置、RS422接口装置、LAN接口装置、外部扩展输入输出模块和扩展 接口，分别通过RS232总线、RS422总线和LAN总线与LPC处理器模块8连接。 

RS232总线接口是国际标准通讯接口之一。RS232是一种串行物理接口标准，通信协议简单。RS232采用共模信号传输方式，适用于交互数据量小，传输速度不高的环境。 

如图4所示的电路图中，RS232接口控制单元采用MAX232控制器，MAX232控制器的T2OUT端口与RS232总线接口的9针式RS232总线接口的第7针相连接。MAX232控制器的R2IN端口与RS232总线接口的第8针相连接。MAX232控制器的VS+端口接至电源，VS-端口接至地线。这里，MAX232控制器的T2IN端口连接至LPC处理器模块8的TXD端口。MAX232控制器的R2OUT端口连接至LPC处理器模块8的RXD端口。LPC处理器模块8的RST端口连接至复位电路，XTAL1和XTAL2端口分别连接至晶振电路的两个端口上。 

RS422接口装置的RS422接口控制单元采用MAX489控制器，除此之外，电路连接关系与RS232接口装置大致相同，故省略说明。 

图5所示为本发明的通用硬件平台装置的多功能输入输出模块10中的LAN接口装置的电路图。 

如图5所示的电路图中，LAN接口控制单元采用RTL8019以太网控制器，该控制器支持三种工作方式：跳线方式，网络控制器的IO地址和中断都由跳线决定；免跳线方式，IO地址和中断由外接的寄存器里的内容所决定；即插即用方式，IO地址和中断都由软件或操作系统自动进行管理和配置。在本发明中采用跳线方式，这种方式不但简化了硬件电路设计，而且降低了成本。 

RTL8019有两种复位方式：冷复位和热复位。给复位引脚施加一个高电平就可以实现冷复位。或者先读再写8019的任意一个复位端口可以实现热复位，这在PC机中用的较多。在本发明中将硬件平台的微处理器的一个IO接口连接至RTL8019的复位引脚而实现冷复位。 

图5中的LAN接口控制单元所采用的RTL8019的工作时钟为20MHz。RTL8019的引脚悬空时，输入状态为低电平，因为芯片引脚内部已经接了一个100kΩ的下拉电阻。AEN引脚为IO端口操作允许使能脚，接地使地址一直处于有效；IOCS16B引脚用一个27kΩ的电阻 下拉到地，复位时刻为低电平，选择8位总线模式；读写引脚IORB、IOWB分别与单片机的RD，WR引脚相连；8位数据总线SD0～SD7接到单片机的PA口；IOSO～IOS3为IO基地址选择引脚，悬空设置为300H，所以SA5～SA7，SA10～SA19接地，SA8和SA9接高电平，真正用到的地址线只有SA0～SA4，接到单片机的地址线上；IRQS0～IRQS2为中断选择引脚，悬空选择中断INT0，实际上并没有使用中断，而是使用了查询方式；AUI引脚用于AUI接口外部MAU检测，决定使用AUI还是BNC接口，BNC接口方式支持8线双绞或同轴电缆，所以将该引脚悬空选择使用RJ45接口；SMEMRB和SMEMWB为存储器读写引脚，将它们接高电平；TPIN和TPOUT为差分输入输出引脚，分别用来接收来自双绞线和向双绞线发送编码信号，RTL8019通过隔离低通滤波器20F001N隔离处理和RJ45接口相连，然后接入以太网，内部采用两个传输变压器，用来传输信号以及抑制噪声干扰。 

图6所示为本发明的通用硬件平台装置的晶振电路的电路图。 

如图6所示，本发明中的晶振电路包括输入端子X1、输出端子X2、晶振元件Y1、负载电容C3、负载电容C5和接地端。本晶振电路中的晶振元件Y1的输入端子X1和输出端子X2分别与负载电容C3和负载电容C5的一端相连接。负载电容C3和负载电容C5的另外一端分别接地。即，相当于在晶振电路中的晶振元件Y1的两端并联了两个负载电容C3和C5，这样的作用是使晶振回路的等效阻抗变小，降低了晶振的起振条件，从而能够有效提高晶振电路的可靠性。 

其中，晶振元件Y1可以是石英晶体振荡器等晶振元件。 

由于晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，因此通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。 

图7所示为本发明的通用硬件平台装置的复位电路的电路图。 

如图7所示，本发明涉及的复位电路，包括电源端子VCC、负载电容C4、复位端子RST、复位开关RST1、接地电阻R21、复位电阻R17和接地端。 

复位端子RST与LPC处理器模块8的RST端子相连接。复位端子RST通过负载电容C4与电源端子VCC相连接，此外还通过接地电阻R21与接地端相连接。负载电容C4的两端分别与复位电阻R17和 复位开关RST1的串联的两端连接。 

RST复位输入端子一边通过负载电容C4接至VCC电源端子，一边通过电阻R21接到地。对于硬件平台装置中的LPC处理器模块8，由于在LPC处理器模块8的RST端子内部连接有一个下拉电阻，因此本发明涉及的复位电路与LPC处理器模块8的连接处不使用电阻，而连接负载电容C4。复位的工作过程是在加电时，复位电路通过负载电容C4加给复位端子RST一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着电源对电容的充电过程而逐渐回落，即复位端子RST的高电平持续时间取决于对电容的充电时间。 

系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。 

本发明的通用硬件平台装置具有多项创新点，例如进行了核心板和基板的可分离设计，即既可以将芯片直接焊到基板上也可以独立制作成核心板后插在基板上，符合现代电子设计中对产品的灵活性要求以及严格的成本意识。另外在基板上集成了几乎市面上可以见到的所有外设与接口，使得开发流程变得十分便捷，符合现代电子设计中对高集成度的要求。另外装置平台的设计严格控制功耗，使得功耗十分低，符合现代电子设计中低功耗的要求。 

Claims (10)

1.一种通用硬件平台装置，其特征在于，具有：

中央处理器模块，其包括：LPC处理器模块，分别通过数据总线与所述LPC处理器模块连接的LPC处理器下载模块和补充功能模块，通过主板接总线与所述LPC处理器模块连接的CPLD模块，由用于提供基本的时钟信号的晶振电路和用于提供复位信号的复位电路构成的晶振及复位模块，和通过数据总线与所述CPLD模块连接的CPLD下载模块；

键盘输入显示模块，至少包括两个键盘输入显示单元，所述键盘输入显示单元通过IIC总线与所述LPC处理器模块连接；

输入输出模块，其通过RS232总线、RS422总线和LAN总线与所述LPC处理器模块连接；和

供电模块，其提供直流电压。

2.根据权利要求1所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述LPC处理器模块采用LPC1752微处理器。

3.根据权利要求2所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述键盘输入显示单元采用ZLG7290控制器。

4.根据权利要求3所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述CPLD模块采用EPM1270。

5.根据权利要求4所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述输入输出模块具有RS232接口装置、RS422接口装置、LAN接口装置、外部扩展输入输出单元和扩展接口。

6.根据权利要求5所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述RS232接口装置包括RS232接口控制单元和与其连接的RS232总线接口，其中，所述RS232接口控制单元通过所述RS232总线与所述LPC处理器模块连接，采用MAX232控制器，所述RS232总线接口与外部设备连接，采用9针式RS232接口。

7.根据权利要求5所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述RS422接口装置包括RS422接口控制单元和与其连接的RS422总线接口，其中，所述RS422接口控制单元通过所述RS422总线与所述LPC处理器模块连接，采用MAX489控制器，所述RS422总线接口与外部设备连接，采用5针式RS422接口。

8.根据权利要求7所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述LAN接口装置包括LAN接口控制单元和与其连接的LAN总线接口，其中，所述LAN接口控制单元与所述LPC处理器模块连接，采用RTL8019控制器，所述LAN总线接口与所述外部设备连接。

9.根据权利要求8所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述晶振电路包括一个输入端子、一个输出端子、晶振元件、两个负载电容和接地端，其中，所述晶振元件的两端分别连接到所述输入端子和所述输出端子上，所述晶振元件的两端各与一个所述负载电容的一端连接，两个所述负载电容的另一端接地。

10.根据权利要求9所述的通用硬件平台装置，其特征在于：

所述复位电路包括电源端子、负载电容、复位端子、复位开关、接地电阻、复位电阻和接地端，其中，所述复位端子通过所述负载电容与所述电源端子连接，通过所述接地电阻与所述接地端连接，所述负载电容的两端分别与所述复位电阻和所述复位开关的串联的两端连接。

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