摘要：為改進目前機電設備技術含量低且不能滿足現代I業要求的問題。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、自動化和數字化改善效果顯著，并為傳統制造業的更新換代提供了參考價值。

　　關鍵詞：裝備設計 嵌入式技術 機電設備 現代工業 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?？偟膩碚f，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，制造業公司在經濟和技術等發面發展較為低迷。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勢，常以失敗告終。如果制造企業要改變現狀，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]。即機電設備需要經過深入的技術更新換代升級，使其在市場中的競爭力得到加強，為企業的發展提供更多的機會，為行業注入更多的活力。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設計當中的應用

　　本裝置的系統中使用的RTOS主要有兩種類型：免費的和商業的。免費的實時操作系統主要包括Linux和UC/OSII，而Linux又分為RT-Linux和uLinux。商業操作系統主要包括VXWork、WindowsCE4.0和PalmOS。這些類型的商業系統有不同的應用范圍：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開發的實時操作系統。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軟件的遷移和二次開發提供有利條件(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，其內核相對較小，可用于FLASHROM中的應用(4)使用條件編譯來執行軟件和硬件裁剪，從而使實時操作系統更加方便(5)搶占式實時操作系統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行時間(8)可以同時執行中斷管理。

　　嵌入式技術在工業控制設備中的應用越來越廣泛，它可以提高處理器的性能，實現設備狀態的實時監測和處理，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據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，從而打造完美的產業設備平臺。例如在機器人技術初期，就與嵌入式系統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，智能控制的發展為嵌入式技術指明了前進的道路，提升了系統的可靠性和易操作性，并且直接創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在分布式控制系統中。由于測控對象多，對生產過程自動化要求高，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對高效率的運行需求。以此加快集散控制系統的應用效率，實現技術系統的集成和升級。

　　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，每秒可執行命令的數量多達560Mbps。其EMFA接口數據總線寬度為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較為詳細地展現了本裝置的結構組成。

　　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視頻數據流的輸入，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。對于數字視頻信號，則只能在經過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PL1708來確保同時采樣和回放視頻和音頻，以此實現單獨或同時執行多通道的數據接收和傳輸。

　　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數據線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位閃存擴展到數據緩沖空間。外部存儲區的地址范圍為0X900[J].000～0x9001FFFFF。

　　推薦閱讀：機電工程技術征稿方向