嵌入式系统课程设计(基于ARM的温度采集系统设计).doc

1、课 程 设 计 用 纸教师批阅目录一、设计内容 .- 1 -1.1 设计目的 .- 1 -1.2 设计意义 .- 1 -二、设计方案 .- 3 -2.1 设计要求 .- 3 -2.2 方案论证 .- 3 -三、硬件设计 .- 4 -3.1 设计思路 .- 4 -3.2 系统电路设计 .- 5 -四、软件设计 .- 7 -4.1 设计思路 .- 7 -4.2 程序清单 .- 9 -五、心得体会 .- 12 -参考文献 .- 14 -课 程 设 计 用 纸教师批阅基于 ARM 的温度采集系统摘要：本设计是基于嵌入式技术作为主处理器的温度采集系统，利用 S3C44B0x ARM 微处理器作为主控 C

2、PU，辅以单独的数据采集模块采集数据，实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示等功能，并讨论了如何提高系统的速度、可靠性和可扩展性。并解决了传统的数据采集系统由于存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，能够完全适应现代化工业的高速发展。关键词：嵌入式系统 ARM S3C44B0 温度采集 数据处理Abstract: This design is based on embedded technology as the main processor of the temperature acquisition system, using S3C44B0x ARM micropro

3、cessor as the host CPU, supplemented by a separate data acquisition modules collect data, implement 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 reliabil

4、ity, efficiency, low operation such complicated defects, can completely satisfy modernized industrial growth.Keywords: Embedded system ARM S3C44B0 Temperature acquisition Data processing课 程 设 计 用 纸教师批阅一、设计内容1.1 设计目的1、注重培养综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练。2、了解所选择的 ARM 芯片各个引脚功能，工作方式，计数/

5、定时，I/O 口，中断等的相关原理，并巩固学习嵌入式的相关内容知识。3、通过软硬件设计实现利用 ARM 芯片对周围环境温度信号的采集及显示。1.2 设计意义嵌 入 式 系 统 是 以 应 用 为 中 心 ， 以 计 算 机 技 术 为 基 础 ， 且 软 硬 件 可 裁 剪 ，适 应 应 用 系 统 对 功 能 、 可 靠 性 、 成 本 、 体 积 、 功 耗 有 严 格 要 求 的 专 用 计 算 机系 统 。 它 一 般 由 以 下 几 部 分 组 成 ： 嵌 入 式 微 处 理 器 、 外 围 硬 件 设 备 、 嵌 入式 操 作 系 统 。 嵌 入 式 系 统 是 面 向 用 户 、

6、 面 向 产 品 、 面 向 应 用 的 ， 它 必 须 与 具体 应 用 相 结 合 才 会 具 有 生 命 力 、 才 更 具 有 优 势 。 因 此 嵌 入 式 系 统 是 与 应 用 紧密 结 合 的 ， 它 具 有 很 强 的 专 用 性 ， 必 须 结 合 实 际 系 统 需 求 进 行 合 理 的 裁 减 利用 。 嵌 入 式 系 统 是 将 先 进 的 计 算 机 技 术 、 半 导 体 技 术 和 电 子 技 术 和 各 个 行 业的 具 体 应 用 相 结 合 后 的 产 物 ， 这 一 点 就 决 定 了 它 必 然 是 一 个 技 术 密 集 、 资 金密 集 、 高

7、度 分 散 、 不 断 创 新 的 知 识 集 成 系 统 。 嵌 入 式 系 统 必 须 根 据 应 用 需 求对 软 硬 件 进 行 裁 剪 ， 满 足 应 用 系 统 的 功 能 、 可 靠 性 、 成 本 、 体 积 等 要 求 。 所以 ， 如 果 能 建 立 相 对 通 用 的 软 硬 件 基 础 ， 然 后 在 其 上 开 发 出 适 应 各 种 需 要 的系 统 ， 是 一 个 比 较 好 的 发 展 模 式 。 目 前 的 嵌 入 式 系 统 的 核 心 往 往 是 一 个 只 有几 K 到 几 十 K 微 内 核 ， 需 要 根 据 实 际 的 使 用 进 行 功 能 扩

8、展 或 者 裁 减 ， 但 是 由于 微 内 核 的 存 在 ， 使 得 这 种 扩 展 能 够 非 常 顺 利 的 进 行 。数 据 采 集 (DAQ)， 是 指 从 传 感 器 和 其 它 待 测 设 备 等 模 拟 和 数 字 被 测 单 元 中自 动 采 集 非 电 量 或 者 电 量 信 号 ， 送 到 上 位 机 中 进 行 分 析 ， 处 理 。 数 据 采 集 系统 是 结 合 基 于 计 算 机 或 者 其 他 专 用 测 试 平 台 的 测 量 软 硬 件 产 品 来 实 现 灵 活 的 、用 户 自 定 义 的 测 量 系 统 。 被 采 集 数 据 是 已 被 转 换

9、为 电 讯 号 的 各 种 物 理 量 ， 如温 度 、 水 位 、 风 速 、 压 力 等 ， 可 以 是 模 拟 量 ， 也 可 以 是 数 字 量 。 采 集 一 般 是采 样 方 式 ， 即 隔 一 定 时 间 （ 称 采 样 周 期 ） 对 同 一 点 数 据 重 复 采 集 。 采 集 的 数课 程 设 计 用 纸教师批阅据 大 多 是 瞬 时 值 ， 也 可 是 某 段 时 间 内 的 一 个 特 征 值 。 准 确 的 数 据 量 测 是 数 据采 集 的 基 础 。 数 据 量 测 方 法 有 接 触 式 和 非 接 触 式 ， 检 测 元 件 多 种 多 样 。 不 论哪

10、种 方 法 和 元 件 ， 均 以 不 影 响 被 测 对 象 状 态 和 测 量 环 境 为 前 提 ， 以 保 证 数 据的 正 确 性 。传统的温度采集系统由于存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，已经不能完全适应现代化工业的高速发展。随着嵌入式技术的迅猛发展，设计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的温度采集系统成为当务之急。基于 ARM 的温度采集系统就成为了解决传统温度采集系统各种弊端的优先选择方案。课 程 设 计 用 纸教师批阅二、设计方案2.1 设计要求1、查阅相关文献资料，熟悉所选 ARM 芯片及温度传感器2、总体设计方案规划3、系统硬件设计，熟悉 AD

11、 转换原理及过程，温度传感器与 ARM 芯片的硬件接口实现及温度显示。4、系统软件设计，包括温度的 AD 转换及显示的软件实现，用 C 语言编程5、设计心得体会及总结2.2 方案论证有许多客观需求促进了 ARM 处理器的设计改进。首先，便携式的嵌入式系统往往需要电池供电。为降低功耗，ARM 处理器已被特殊设计成较小的核，从而延长了电池的使用时间。 高的代码密度是嵌入式系统的又一个重要需求。由于成本问题和物理尺寸的限制，嵌入式系统的存储器是很有限的。所以，高的代码密度对于那些只限于在板存储器的应用是非常有帮助的。另外，嵌入式系统通常都是价格敏感的，因此一般都使用速度不高、成本较低的存储器。 AR

12、M 内核不是一个纯粹的 RISC 体系结构，这是为了使它能够更好的适应其主要应用领域嵌入式系统。在某种意义上，甚至可以认为 ARM 内核的成功，正是因为它没有在 RISC 的概念上沉入太深。现在系统的关键并不在于单纯的处理器速度，而在于有效的系统性能和功耗。在本系统的设计过程中，根据嵌入式系统的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法，并且根据系统的功能要求和技术指标，系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想，按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试，然后全部连接起来统调。课 程 设 计 用 纸教师批阅三、硬件设计3.1 设计思路本设计的基于 ARM 的嵌入

13、式数据采集和显示装置的原理框图如图 3-1 所示。由图可见，本系统采用“电源部分ARM 核心控制模块温度采集模块”实现所需功能。并考虑到系统的可扩展性和延伸性，本系统采用主从 CPU 协同工作，实现了数据的实时采集、传输与显示，具有处理速度快、精度高、人机交互界面友好、稳定性高、扩展性好等优点。本设计的基于 ARM 的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图 3-1 所示。由图可见，本系统采用“电源部分ARM 核心控制模块温度采集模块”实现所需功能。电 源 部 分图 3-1 系统原理框图多路温度传感器 协控制器 RS-232ARM处理器LCD 显示器Flash ROM存储器SD RAM 存储器键

14、 盘电源电路ARM 核心控制模块温度采集模块课 程 设 计 用 纸教师批阅3.2 系统电路设计3.2.1 电源电路设计本系统的电源电路由两部分组成：系统总电源电路和 RAM 核心模块电源电路。如图 3-2：+12V 恒定直流电源经电容滤波，分别进入 7809 和 7805 稳压，得到+9V 和+5V 的稳定电压输出后分别供给 ARM 核心控制模块和其余电路部分使用。图中 IN4148 是为了防止输出端并接高于本稳压模块的输出电压而烧坏 7809 和7805 而特别设计，达到了可靠性电源设计目的。另外，由于系统正常工作电流较大，因此使用时均应在 7809 和 7805 上加散热片散热。 由图可见

15、，系统采用双电源供电，提供了系统正常工作所需的电源电压。另外，由于考虑到便携目的，本系统采用+12V 铅蓄电池提供系统所需的恒定直流电源。图 3-2 系统电源电路原理图如图 3-2：I/O 口提供了相应的稳定直流电源。其中的 IN4004 是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。由于 S3C44B0x 采用 2.5V 作为 ARM 内课 程 设 计 用 纸教师批阅核电源，使用 3.3V 作为 I/O 口电压，故 ARM 核心控制模块电源需要另外单独设计，其电源电路如图 3-2 所示。由系统总电源电路提供的+9V 稳压电源作为输入，分别经 AS1117-5.0、AS1117-3.3、 AS

16、1117-2.5 稳压后，输出5.0V、3.3V 和 2.5V 恒定电源，为 RAM 内核和 I/O 口提供了相应的稳定直流电源 。其中的 IN4004 是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。3.2.2 温度采集电路设计温度采集模块电路采用 AT89S52 单片机作为模块的协控制器。对于温度传感器的选用 DS18B20，因为 DS18B20 是 Dallas 公司最新单总线数字温度传感器，该传感器集温度变换、A/D 转换于同一芯片，输出直接为数字信号，大大提高了电路的效率。由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，且提高了 CPU 的效率。AT89S52

17、单片机的 P0 口与 8 路温度传感器相连，用于采集温度数据；另外，模块提供 RS-232 串行口与 RAM 核心控制模块通信，达到数据传输的目的。温度采集模块电路原理图如图 3-3。图 3-3 温度采集电路原理图课 程 设 计 用 纸教师批阅四、软件设计4.1 设计思路本系统软件设计是在 CodeWarrior for ADS 开发环境下完成的。本温度数据采集与显示装置的主体由 S3C44B0x 核心控制模块和温度数据采集模块构成，所以系统软件也是围绕这两个模块来编写的。而又由于系统采用了 S3C44Box 和 AT89S52 两个 CPU 协同工作，所以软件的编写需要对这两个 CPU 分别

18、编写，以实现所要求的功能。程序流程图如图 4-1。开始ARM 初始化硬件装置初始化通信初始化LED 显示初始化键盘初始化扫描键盘有键按下处理数值相应显示数据获取数据处理数据显示YN图 4-1 程序流程图课 程 设 计 用 纸教师批阅由该流程图可看出，刚上电时，S3C44B0x 要先进行 ARM 内部的初始化，以使 ARM 进入相应的状态和模式；然后初始化硬件装置，以使硬件系统可以正常支持温度数据采集；接着通信初始化，以确定温度采集模块与 ARM 核心控制模块连接正常，并通过 UART 复位温度数据采集模块，确保其进入正常温度数据采集状态；然后初始化 LCD 显示和键盘，在 LCD 上显示相应的

19、菜单列表，供用户通过键盘选择操作；至此，系统初始化完成，并进入正常主程序循环状态。在正常主程序循环状态中，首先扫描键盘，以快速的响应用户的按键操作；若没有键值按下，则 ARM 立即进行数据的采集、处理与显示，以实现实时数据采集与显示等功能。 其主程序包括温度采集程序、ARM 获取温度子程序、温度处理和转换子程序。当 ARM 处理器接收到正确的温度数据后，立即进行相应的温度数据处理与转换，变成可被 LCD 直接显示的正确温度值。课 程 设 计 用 纸教师批阅4.2 程序清单温度处理与转换子程序如下： /存放读取到的当前温度值，未转换 Static U16 a-temp-now8=8*0 /存放经

20、精度计算后的实际温度值，高 8 位整数部分，低 8 位小数部分 static U16 b-temp-now8=8*0; /存放 8 路转换后温度值,分别为百位,十位,个位,小数位 static U8 temp-convent-all32=32*0; /- /温度处理与转换子程序/- void temp-change(void) U8 negtive=0x00; /存放数的符号，若为正=0；若为负，=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;j0;

21、j-) *p1+=0x0; 课 程 设 计 用 纸教师批阅五、心得体会在这次 ARM 嵌入式系统课程设计中，我们小组的设计课题是基于 ARM 的温度采集系统设计 。通过这次课程设计，我对 ARM 嵌入式系统尤其是数据处理中的温度采集系统有了更进一步的了解，同时知识面也进一步得到了扩展和加深。本次课程设计的任务主要是对基于传统温度采集系统的使用环节中遇到的一些问题提出的一种改进方法，有助于温度采集系统更好的发展与使用，帮助我们更好的理解嵌入式系统和温度采集系统的原理和应用。温度采集是一种直接数字处理方法。所谓温度采集系统，就是通过温度传感器对被采集物体进行温度数据的收集与处理，最后得到我们所需要

22、的有用的数字信号并送入系统的下一环节进行其他操作。目前，由于传统的温度采集系统存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，已经不能完全适应现代化工业的高速发展。随着嵌入式技术的迅猛发展，设计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的温度采集系统成为当务之急。所以，学习和应用温度采集系统及其应用技术对我们以后的学习和工作有着十分重要的意义。在这次为期两周课程设计的过程中，我深深的感触到了团队合作的重要性，尤其是在当今的社会工作中，一个人的力量在一个巨大的任务前是那么的渺小，必须靠多人合作才能共同完成。在设计规划过程，我们小组四个人亲密无间的合作，使得本次课程设计能够非常顺利地完成，在

23、课程设计的过程中，每个人都能按要求很好的完成分配给自己的任务，最后大家一起通过讨论把所有任务串连起来完成总的设计任务。通过本次课程设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样将理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在设计过程中，总是会遇到这样或那样的问题。有时一个问题可能会需要大家集体去查阅资料，做大量的工作，课 程 设 计 用 纸教师批阅花大量的时间才能解决。通过不断地发现问题，解决问题，自然而然，我的发现问题和解决问题的能力便在其中建立起来了。这都为以后的工作积累了经验，同时也增强了我们解决问题的能力。课 程 设 计 用 纸教师批阅参考文献1 周立功， ARM 嵌入式系统基础教程M. 北京：北京航空航天大学出版社 20082 周立功，深入浅出 ARM7-LPC213X/214XM. 北京：北京航空航天大学出版社 20063 周立功，从 51 到 ARM-32 位嵌入式系统入门M. 北京：北京航空航天大学出版社 20064 王田苗，嵌入式系统设计与实例开发M. 北京:清华大学出版社,2003 5 杜春雷，ARM 体系结构与编程M. 北京:清华大学出版社.2003 6 王中训 李树起等，基于水温控制的数据采集系统M. 煤矿机械出版社，第 27 卷第 5 期：855857