嵌入式系統(tǒng)課程設計(基于ARM的溫度采集系統(tǒng)設計)

1、目錄一、設計內(nèi)容- 1 -設計目的- 1 -設計意義- 1 -二、設計方案- 3 -設計要求- 3 -方案論證- 3 -三、硬件設計- 4 -設計思路- 4 -系統(tǒng)電路設計- 5 -四、軟件設計- 7 -設計思路- 7 -程序清單- 9 -五、心得體會- 12 -參考文獻- 14 - 基于ARM的溫度采集系統(tǒng)摘要：本設計是基于嵌入式技術作為主處理器的溫度采集系統(tǒng)，利用S3C44B0x ARM微處理器作為主控CPU，輔以單獨的數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了智能化的溫度數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與顯示等功能，并討論了如何提高系統(tǒng)的速度、可靠性和可擴展性。并解決了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于存在響應慢、精度低、可

2、靠性差、效率低、操作繁瑣等弊端，能夠完全適應現(xiàn)代化工業(yè)的高速開展。關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) ARM S3C44B0 溫度采集 數(shù)據(jù)處理Abstract: This design is based on embedded technology as the main processor of the temperature acquisition system, using S3C44B0x ARM microprocessor as the host CPU, supplemented by a separate data acquisition modules collect data, impl

3、ement intelligent temperature data collection, transmission, processing and display functions, And solve the traditional data acquisition system since there are slow reaction and low accuracy, poor reliability, efficiency, low operation such complicated defects, can completely satisfy modernized ind

4、ustrial growth.Keywords: Embedded system ARM S3C44B0 Temperature acquisition Data processing一、設計內(nèi)容1、注重培養(yǎng)綜合運用所學知識、獨立分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，并獲得科學研究的根底訓練。2、了解所選擇的ARM芯片各個引腳功能，工作方式，計數(shù)/定時，I/O口，中斷等的相關原理，并穩(wěn)固學習嵌入式的相關內(nèi)容知識。3、通過軟硬件設計實現(xiàn)利用ARM芯片對周圍環(huán)境溫度信號的采集及顯示。嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為根底，且軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、本錢、體積、功

5、耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由以下幾局部組成：嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、本錢、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件根底，然后在其上開發(fā)

6、出適應各種需要的系統(tǒng)，是一個比擬好的開展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集非電量或者電量信號，送到上位機中進行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號的各種物理量，如溫度、水位、風速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集一般是采樣方式，即隔一定時間稱采樣周期對同一點數(shù)據(jù)重復采集。采集的數(shù)據(jù)大多是

7、瞬時值，也可是某段時間內(nèi)的一個特征值。準確的數(shù)據(jù)量測是數(shù)據(jù)采集的根底。數(shù)據(jù)量測方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。不管哪種方法和元件，均以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)由于存在響應慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁瑣等弊端，已經(jīng)不能完全適應現(xiàn)代化工業(yè)的高速開展。隨著嵌入式技術的迅猛開展，設計高速度、高效率、低本錢、高可靠性、操作方便的溫度采集系統(tǒng)成為當務之急?；贏RM的溫度采集系統(tǒng)就成為了解決傳統(tǒng)溫度采集系統(tǒng)各種弊端的優(yōu)先選擇方案。 二、設計方案1、查閱相關文獻資料，熟悉所選ARM芯片及溫度傳感器2、總體設計方案規(guī)劃3、系統(tǒng)硬件設計，熟悉A

8、D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、設計心得體會及總結有許多客觀需求促進了ARM處理器的設計改良。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。由于本錢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用是非常有幫助的。另外，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、本錢較低的存儲器。 ARM 內(nèi)核不是一個純粹的RISC體系

9、結構，這是為了使它能夠更好的適應其主要應用領域嵌入式系統(tǒng)。在某種意義上，甚至可以認為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)的設計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的根本設計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設計方法，并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術指標，系統(tǒng)遵循自上而下、由大到小、由粗到細的設計思想，按照系統(tǒng)的功能層次，在設計中把硬件和軟件分成假設干功能模塊分別設計和調(diào)試，然后全部連接起來統(tǒng)調(diào)。三、硬件設計3.1設計思路本設計的基于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“電源局

10、部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“電源局部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核心控制模塊溫度采集模塊電源電路電源局部圖3-1  系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)電路設計 電源電路設計本系統(tǒng)的電源電路由兩局部組

11、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，分別進入7809和7805穩(wěn)壓，得到+9V和+5V的穩(wěn)定電壓輸出后分別供應ARM核心控制模塊和其余電路局部使用。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而特別設計，到達了可靠性電源設計目的。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。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

12、：I/O 口提供了相應的穩(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)壓塊而設計的。溫度采集電路設計溫度采集模塊電路采用AT89S52單片機作為

13、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，到達數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。溫度采集模塊電路原理圖如圖3-3。圖3-3  溫度采集電路原理圖四、軟件設計4.1設計思路本系統(tǒng)軟件設計是在CodeWarrior for ADS開發(fā)環(huán)

14、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，剛上電時，S3C44B0x要先進行ARM 內(nèi)部的初始化，以使ARM進入相應的狀態(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

15、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復位溫度數(shù)據(jù)采集模塊，確保其進入正常溫度數(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，以快速的響應用戶的按鍵操作；假設沒有鍵值按下，那么ARM立即進行數(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獲取溫度子程序、溫度處理和轉(zhuǎn)換子程序。當ARM 處理器接收到正確的溫度數(shù)據(jù)后，立即進行相應的溫度數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)換，變成可被LCD直接顯示的正確溫度值。

16、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)局部，低8位小數(shù)局部 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 negtive=0x00;     /存放數(shù)的符號，假設為正=0；假設為負，=0xff U8 j=

17、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;  /假設溫度為負值，進行相應處理  if(temp&0xf80) ！=0)         temp=(temp)+1；/轉(zhuǎn)為正的原碼      negative=0xff； / 同時置

18、符號為0xff   /根據(jù)精度消除無關數(shù)據(jù) switch(a-temp-prec) case 0x1f:    /精度為9位,那么去除最低3位無效位       temp=temp&0xfff8;break; case 0x3f:    /精度為10位,那么去除最低2位無效位       temp=temp&0xfffc;break;case 0x5f:    /精度為1

19、1位,那么去除最低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)局部temp=(U16)(float)(temp)*0.625);/折算放入b-temp-now  數(shù)組中/高8位放整數(shù)局部，低8位放小數(shù)局部，最高位放符號位if(negtive= 0xff) /假設為負值  

20、60;   *p3=(temp/10)<<8)|(temp%10)|0x8000;  else      *p3=(temp/10)<<8)|(temp%10)&0x7fff; if(negative=0xff) /假設為負值 (*pt+)=0x80; else(*pt+)=temp/1000%10+0x30;(*pt+)=temp/100%10+0x30; (*pt+)=temp/10%10+0x30; (*pt+)=temp%10+0x30; p1+; p3+; /轉(zhuǎn)換完成后去除

21、讀回的原始溫度 p1=a-temp-now; for(j=8;j>0;j-) *p1+=0x0; 五、心得體會在這次ARM嵌入式系統(tǒng)課程設計中，我們小組的設計課題是?基于ARM的溫度采集系統(tǒng)設計?。通過這次課程設計，我對ARM嵌入式系統(tǒng)尤其是數(shù)據(jù)處理中的溫度采集系統(tǒng)有了更進一步的了解，同時知識面也進一步得到了擴展和加深。本次課程設計的任務主要是對基于傳統(tǒng)溫度采集系統(tǒng)的使用環(huán)節(jié)中遇到的一些問題提出的一種改良方法，有助于溫度采集系統(tǒng)更好的開展與使用，幫助我們更好的理解嵌入式系統(tǒng)和溫度采集系統(tǒng)的原理和應用。溫度采集是一種直接數(shù)字處理方法。所謂溫度采集系統(tǒng)，就是通過溫度傳感器對被采集物體進行溫度數(shù)據(jù)的收集與處理，最后得到我們所需要的有用的數(shù)字信號并送入系統(tǒng)的下一環(huán)節(jié)進行其他操作。目前，由于傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)存在響應慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁瑣等弊端，已經(jīng)不能完全適應現(xiàn)代化工業(yè)的高速開展。隨著嵌入式技術的迅猛開展，設計高速度、高效率、低本錢、高可靠性、操作方便的溫度采集系統(tǒng)成為當務之急