溫度采集系統(tǒng)

1、課 程 設(shè) 計 用 紙教師批閱溫度采集系統(tǒng)參考文獻(xiàn)1 周立功，ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 20082 周立功，深入淺出ARM7-LPC213X/214XM. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社20063 周立功，從51到ARM-32位嵌入式系統(tǒng)入門M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社20064 王田苗，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)M. 北京:清華大學(xué)出版社,2003 5 杜春雷，ARM 體系結(jié)構(gòu)與編程M. 北京:清華大學(xué)出版社.2003 6 王中訓(xùn) 李樹起等，基于水溫控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)M.  煤礦機械出版社，第27 卷第5 期：855857 二、設(shè)計方案2.1設(shè)計

2、要求1、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉所選ARM芯片及溫度傳感器2、總體設(shè)計方案規(guī)劃3、系統(tǒng)硬件設(shè)計，熟悉AD轉(zhuǎn)換原理及過程，溫度傳感器與ARM芯片的硬件接口實現(xiàn)及溫度顯示。4、系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括溫度的AD轉(zhuǎn)換及顯示的軟件實現(xiàn)，用C語言編程5、設(shè)計心得體會及總結(jié)2.2方案論證有許多客觀需求促進(jìn)了ARM處理器的設(shè)計改進(jìn)。首先，便攜式的嵌入式系統(tǒng)往往需要電池供電。為降低功耗，ARM處理器已被特殊設(shè)計成較小的核，從而延長了電池的使用時間。 高的代碼密度是嵌入式系統(tǒng)的又一個重要需求。由于成本問題和物理尺寸的限制，嵌入式系統(tǒng)的存儲器是很有限的。所以，高的代碼密度對于那些只限于在板存儲器的應(yīng)用是非常有幫助的。另外

3、，嵌入式系統(tǒng)通常都是價格敏感的，因此一般都使用速度不高、成本較低的存儲器。 ARM 內(nèi)核不是一個純粹的RISC體系結(jié)構(gòu)，這是為了使它能夠更好的適應(yīng)其主要應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)。在某種意義上，甚至可以認(rèn)為ARM 內(nèi)核的成功，正是因為它沒有在RISC的概念上沉入太深?，F(xiàn)在系統(tǒng)的關(guān)鍵并不在于單純的處理器速度，而在于有效的系統(tǒng)性能和功耗。在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的基本設(shè)計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計方法，并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)遵循自上而下、由大到小、由粗到細(xì)的設(shè)計思想，按照系統(tǒng)的功能層次，在設(shè)計中把硬件和軟件分成若干功能模塊分別設(shè)計和調(diào)試，然后全部連接起來統(tǒng)調(diào)。三、硬件設(shè)計3.

4、1設(shè)計思路本設(shè)計的基于ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集和顯示裝置的原理框圖如圖3-1 所示。由圖可見，本系統(tǒng)采用“電源部分ARM 核心控制模塊溫度采集模塊”實現(xiàn)所需功能。并考慮到系統(tǒng)的可擴展性和延伸性，本系統(tǒng)采用主從CPU協(xié)同工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸與顯示，具有處理速度快、精度高、人機交互界面友好、穩(wěn)定性高、擴展性好等優(yōu)點。本設(shè)計的基于ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集和顯示裝置的原理框圖如圖3-1 所示。由圖可見，本系統(tǒng)采用“電源部分ARM 核心控制模塊溫度采集模塊”實現(xiàn)所需功能。SD RAM存儲器ARM處理器Flash ROM存儲器LCD顯示器鍵 盤RS-232協(xié)控制器多路溫度傳感器ARM核心控制模

5、塊溫度采集模塊電源電路電源部分圖3-1  系統(tǒng)原理框圖3.2系統(tǒng)電路設(shè)計3.2.1 電源電路設(shè)計本系統(tǒng)的電源電路由兩部分組成：系統(tǒng)總電源電路和RAM核心模塊電源電路。如圖3-2：+12V恒定直流電源經(jīng)電容濾波，分別進(jìn)入7809和7805穩(wěn)壓，得到+9V和+5V的穩(wěn)定電壓輸出后分別供給ARM核心控制模塊和其余電路部分使用。圖中IN4148是為了防止輸出端并接高于本穩(wěn)壓模塊的輸出電壓而燒壞7809和7805而特別設(shè)計，達(dá)到了可靠性電源設(shè)計目的。另外，由于系統(tǒng)正常工作電流較大，因此使用時均應(yīng)在7809和7805上加散熱片散熱。 由圖可見，系統(tǒng)采用雙電源供電，提供了系統(tǒng)正常工作所需的電源電壓

6、。另外，由于考慮到便攜目的，本系統(tǒng)采用+12V鉛蓄電池提供系統(tǒng)所需的恒定直流電源。圖3-2  系統(tǒng)電源電路原理圖如圖3-2：I/O 口提供了相應(yīng)的穩(wěn)定直流電源。其中的IN4004是為了防止電源輸入反接燒壞集成穩(wěn)壓塊而設(shè)計的。由于S3C44B0x采用2.5V作為ARM 內(nèi)核電源，使用3.3V作為I/O 口電壓，故ARM核心控制模塊電源需要另外單獨設(shè)計，其電源電路如圖3-2所示。由系統(tǒng)總電源電路提供的+9V穩(wěn)壓電源作為輸入，分別經(jīng)AS1117-5.0、AS1117-3.3、 AS1117-2.5穩(wěn)壓后，輸出5.0V、3.3V和2.5V恒定電源，為RAM 內(nèi)核和I/O口提供了相應(yīng)的穩(wěn)定直流

7、電源 。其中的IN4004是為了防止電源輸入反接燒壞集成穩(wěn)壓塊而設(shè)計的。3.2.2溫度采集電路設(shè)計溫度采集模塊電路采用AT89S52單片機作為模塊的協(xié)控制器。對于溫度傳感器的選用DS18B20，因為DS18B20是Dallas公司最新單總線數(shù)字溫度傳感器，該傳感器集溫度變換、A/D轉(zhuǎn)換于同一芯片，輸出直接為數(shù)字信號，大大提高了電路的效率。由于現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，且提高了CPU的效率。AT89S52單片機的P0 口與8路溫度傳感器相連，用于采集溫度數(shù)據(jù)；另外，模塊提供RS-232串行口與RAM核心控制模塊通信，達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。溫度采集模塊電路原

8、理圖如圖3-3。圖3-3  溫度采集電路原理圖四、軟件設(shè)計4.1設(shè)計思路本系統(tǒng)軟件設(shè)計是在CodeWarrior for ADS開發(fā)環(huán)境下完成的。本溫度數(shù)據(jù)采集與顯示裝置的主體由S3C44B0x核心控制模塊和溫度數(shù)據(jù)采集模塊構(gòu)成，所以系統(tǒng)軟件也是圍繞這兩個模塊來編寫的。而又由于系統(tǒng)采用了S3C44Box和AT89S52兩個CPU協(xié)同工作，所以軟件的編寫需要對這兩個CPU分別編寫，以實現(xiàn)所要求的功能。程序流程圖如圖4-1。開始ARM初始化硬件裝置初始化通信初始化LED顯示初始化鍵盤初始化掃描鍵盤有鍵按下處理數(shù)值相應(yīng)顯示數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示YN圖4-1程序流程圖由該流程圖可看出，剛上

9、電時，S3C44B0x要先進(jìn)行ARM 內(nèi)部的初始化，以使ARM進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)和模式；然后初始化硬件裝置，以使硬件系統(tǒng)可以正常支持溫度數(shù)據(jù)采集；接著通信初始化，以確定溫度采集模塊與ARM核心控制模塊連接正常，并通過UART復(fù)位溫度數(shù)據(jù)采集模塊，確保其進(jìn)入正常溫度數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；然后初始化LCD顯示和鍵盤，在LCD上顯示相應(yīng)的菜單列表，供用戶通過鍵盤選擇操作；至此，系統(tǒng)初始化完成，并進(jìn)入正常主程序循環(huán)狀態(tài)。在正常主程序循環(huán)狀態(tài)中，首先掃描鍵盤，以快速的響應(yīng)用戶的按鍵操作；若沒有鍵值按下，則ARM立即進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理與顯示，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集與顯示等功能。 其主程序包括溫度采集程序、ARM獲取溫度

10、子程序、溫度處理和轉(zhuǎn)換子程序。當(dāng)ARM 處理器接收到正確的溫度數(shù)據(jù)后，立即進(jìn)行相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換，變成可被LCD直接顯示的正確溫度值。4.2程序清單溫度處理與轉(zhuǎn)換子程序如下： /存放讀取到的當(dāng)前溫度值，未轉(zhuǎn)換 Static U16 a-temp-now8=8*0 /存放經(jīng)精度計算后的實際溫度值，高8位整數(shù)部分，低8位小數(shù)部分 static U16 b-temp-now8=8*0; /存放8路轉(zhuǎn)換后溫度值,分別為百位,十位,個位,小數(shù)位 static U8 temp-convent-all32=32*0; /- /溫度處理與轉(zhuǎn)換子程序/- void temp-change(void) U8

11、 negtive=0x00;     /存放數(shù)的符號，若為正=0；若為負(fù)，=0xff U8 j=0; U8 *pt=temp-convent-all; U16 *p1=a-temp-now; U16 *p3=b-temp-now;U16 temp=0;  for(j=0;j<8;j+)   negative =0x00;  temp=*p1;  /若溫度為負(fù)值，進(jìn)行相應(yīng)處理  if(temp&0xf80) ！=0)        

12、temp=(temp)+1；/轉(zhuǎn)為正的原碼      negative=0xff； / 同時置符號為0xff   /根據(jù)精度消除無關(guān)數(shù)據(jù) switch(a-temp-prec) case 0x1f:    /精度為9位,則清除最低3位無效位       temp=temp&0xfff8;break; case 0x3f:    /精度為10位,則清除最低2位無效位     

13、60; temp=temp&0xfffc;break;case 0x5f:    /精度為11位,則清除最低1位無效位       temp=temp&0xfffe;break; case 0x7f:    /精度為12位       break;    /換算成實際溫度,并擴大10倍,去掉小數(shù)部分temp=(U16)(float)(temp)*0.625);/折算放入b-temp-now  數(shù)組中/高8位放整數(shù)部分，低8位放小數(shù)部分，最高位放符號位if(negtive= 0xff) /若為負(fù)值      *p3=(temp/10)<<8)|(temp%10)|0x8000;  else      *p3=(temp/10)<<8)|(temp%10)&