基于SH7137嵌入式控制器的研究与开发

摘要：文中针对工业控制器的发展需求，主要面向工业控制领域构建和开发基于瑞萨单片机和μC／OS-II操作系统的嵌入式控制器。在分析瑞萨单片机的基础上，自主开发以瑞萨公司的SH7137芯片为核心的嵌入式控制器硬件平台。本嵌入式控制器采用核心板+底板的方式设计，硬件设计上以SH7137微处理器作为控制器的核心，并设计了电源电路、RS232、RS485串行接口和JTAG接口电路、人机界面电路以及输入输出模块。
关键词：嵌入式；控制器；瑞萨；嵌入式操作系统；μC／OS-II

现今，工业控制设备主要分为两种：工业控制机和可编程控制器(PLC)。工业控制机是由通用的微机推广应用而发展起来的。目前，可编程控制器正朝着两个方向发展。一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展，主要用于单机控制和规模比较小的自动化生产线控制。二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动化方向发展。近几年来，不论是工业控制机技术还是可编程控制器技术向嵌入式领域渗透的步伐逐渐加大，嵌入式的工业控制器以极小的体积、极低的功耗散热和软硬件的可裁剪性，而受到用户的欢迎，因而具有巨大的应用潜力。

1 嵌入式控制器硬件设计
本论文所做的基于瑞萨SH7137的嵌入式控制器的设计，采用了核心模板(System On Module)+底板的设计方式。在设计上考虑在工业控制器的设计中既要保留传统的控制器特点，又要在设计中有所开发自身控制器的特色，为此，我们在设计中采用了核心板模块化的设计思想，底板多功能集成。而且核心模块接口定义统一，可以根据控制MCU的功能做出不同的核心模块，例如8位核心模块、16位控制模块、32位控制模块。本控制器采用瑞萨公司生产的32位单位机，基于SH2核的SH7137单片机作为核心控制芯片，实现32位控制模块。核心模块是整个控制器的核心部分，由以单片机SH7137核心，加上RTC实时电路、PC电路和JTAG调试电路构成一个小系统，通过总线扩展、IO外接等功能模块构成了以单片机为基础的复杂工业控制系统的核心模块。核心模块的组成框图如图1所示。

嵌入式控制器的底板主要集成了人机界面控制(HMI)、通讯模块、外部总线接口以及输入输出(I／O)模块。底板主要实现的功能是根据核心模块处理好的信号通过底板的输出模块或者人机界面的显示屏输出，或者根据外部输入信号通过底板的输入模块或者人机界面的按键输入到核心模块进行运算然后输出。底板的组成框图如图2所示。