1、 嵌 入 式 系 统 设 计 导 论 课 程 设 计题目： 基于 ARM7 的电压检测系统设计 物联网工程 学 院班 级 学 号 姓 名 摘要近年来随着科学技术的发展，人们趋向于电压检测方式的多样化，智能化，它对软硬件的体积大小、成本、功耗和可靠性都提出了严格的要求。传统的模拟形式的电压检测方式逐步被数字化的处理芯片所替代。本设计采用了飞利浦的 32 位 ARM 微处理器 LPC2138 作为核心处理器。利用A/D 转换、定时器、按键等模块，实现电压（可用滑动电阻）的检测、显示、阈值设置，以及超过阈值能声光报警。该检测装置工作时，电压信号经电压检测模块采样得到模拟信号，该信号送到 AD 转换模
2、块处理成数字信号。CPU 接收到该信号送给 LCD 模块显示输出，同时通过 UART 通信送给显示终端实时显示数据变化情况。与此同时，还可通过按键设置报警门值电压。当被测信号超出门值电压时，会发出声光报警信号。实现了电压数据的自动采集、传输、处理与显示等功能，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。关键字：ARM 微处理器、电压检测、AD 转换目录：1、引言-32、设计目的-33、设计要求-34、系统总方案-35、硬件设计-41、电压检测模块设计-42、键盘设计-43、显示模块设计-54、A/D 转换模块设计-75、串行口通信模块设计-76、声光报警模
3、块设计-96、软件流程图-107、程序代码设计-118、设计结果演示-219、设计体会-2210、附录-22一、引言近年来随着科学技术的发展，人们趋向于电压检测方式的多样化，智能化，它对软硬件的体积大小、成本、功耗和可靠性都提出了严格的要求。所以市场上涌现出多种多样的智能电压传感器。电压监测系统在工业生产和科学研究等各个行业开辟了更为广阔的发展空间。也为嵌入式系统的进一步发展奠定良好的基础。电压监测系统不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益也越高而且比较价格低，在工农业中得到了广泛的应用。本文设计的报警系统对电路电压进行实时的采样 ,一旦电压高于设定的正常阈
4、值，系统就会触发报警动作，提醒人们做出相应措施。本设计采用了飞利浦的 32 位 ARM 微处理器 LPC2138 作为核心处理器。实现了电压数据的自动采集、传输、处理与显示等功能，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。二、设计目的1. 通过本课程设计，熟悉嵌入式系统开发方法和流程。2. 能结合课堂所学自主设计实现一个简单的监测报警系统。3. 进一步学会应用定时器、A/D、显示等模块功能。三、设计要求1. 要求能利用学过的 A/D 转换、定时器、按键等模块，实现电压（可用滑动电阻）的检测、显示、阈值设置，以及超过阈值能声光报警。2. 扩展功能：将电压数
5、据通过串行通信（UART）发送到 PC 上位机显示。四、系统总体方案本系统设计框图如下图 1：图 1：系统总框图电压信号经电压检测模块采样得到模拟信号，该信号送到 AD 转换模块处理成数字信号。CPU 接收到该信号送给 LCD 模块显示输出，同时通过 UART 通信送给显示终端实时显示数据变化情况。与此同时，还可通过按键设置报警门值电压。当被测信号超出门值电压时，会发出声光报警信号。五、硬件设计1、电压检测模块设计通过滑动变阻器的滑动，改变采样电阻所分电压值，此值可以通过采样引脚实时传送给 CPU，这样便可通过 AD 转换模块将采得的电压值转换成数字信号，经处理后送显示输出模块。本系统采用 1
6、K 的电阻作为采样电阻，以最高采样电压为 3.3v 为例，实际应用中可根据情况更改其他阻值。其结构设计如下图 2：声光报警液晶显示图 2：电压检测模块2、键盘设计本系统设置两个机械按键，一个是控制门值电压的增加，另一个控制门值电压的减少。每按下一次，门值电压值加 0.1v 或减 0.1v。这样可以控制检测电压的阀值得大小，其设计电路图如下 3：图 3：按键设计3、显示模块设计本模块采用液晶显示屏，具有显示质量高，数字式接口，体积小、重量轻，功耗低等特点。 因 1602 液晶屏并未做系统学习，现对采用的 1602 字符型 LCD做如下简介：字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点
7、阵式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型液晶显示器为例，介绍其用法1602LCD 的基本参数及引脚功能1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 5 所示：图 5 1602LCD 尺寸图引脚功能说明1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 1 所示:编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 数据2 VDD 电源正极 10 D
8、3 数据3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据5 R/W 读/写选择 13 D6 数据6 E 使能信号 14 D7 数据7 D0 数据 15 BLA 背光源正极8 D1 数据 16 BLK 背光源负极表 1：引脚功能说明仿真图如下图 5：图 5：LCD 显示模块4、A/D 转换模块设计在设计时应考虑 A/D 转换模块的如下特性： 1. 本系统芯片是 10 位逐次逼近式模数转换器 2. 4 个（LPC2114/2124）或 8 个（LPC2210/2212/2214 ）引脚复用为 A/D 输入脚，本系统设计只采用一路 A/D 采样通道。 3. 测量范围
9、：03.3V 4. 10 位转换时间=2.44usA/D 转换器的基本时钟由 VPB 时钟提供。可编程分频器可将时钟调整至逐步逼近转换所需的 4.5MHz（最大） 。10 位精度要求的转换需要 11 个 A/D 转转换时钟。ADC 转换时钟分频值计算：5、串行口通信模块设计LPC2114/2124/2210/2212/2214 的两个 UART，均具有 16 字节的收发FIFO，寄存器位置符合 16C550 工业标准，内置波特率发生器，两个串口具有基本相同的寄存器，其中 UART1 带有完全的调制解调器控制握手接口。在使用UART 与上位机 PC 通讯时，需要一个 RS232 电平转换电路，在
10、本系统中直接采用虚拟终端。UART0 的基本寄存器功能框图如下图 6：图 6 ：UART0 的基本寄存器功能框图其中，寄存器 U0RBR 与 U0THR 是同一地址，但物理上是分开的，读操作时为 U0RBR，而写操作时为 U0THR；寄存器 U0DLL 与 U0RBR/U0THR、U0DLM 与U0TER 具有同样的地址，如果要访问 U0DLM、U0DLL，除数访问位 DLAB 必须为1，若要访问 U0RBR/U0THR、U0IER，则除数访问位 DLAB 必须为 0。图 5.34 中，U0DLM 和 U0DLL 寄存器是波特率发生器的除数锁存寄存器，用于设置合适的串口波特率；U0RBR 为数据接以缓冲，用于读取接收到的数据，若 FIFO 使能，串口接收到的数据会压入 FIFO 缓冲；U0THR 为发送保存，向此寄存器写入数据时，将会引起串口数据发送，若 FIFO 使能，数据会压入 FIFO 缓冲。波特率的除数计算如下：其中，baud 为所需要的波特率。在 PROTEUS 仿真中采用如下虚拟终端：在仿真过程中可得到如下显示现象：图 7：虚拟终端6、声光报警模块设计声光报警模块可以在被测信号超过规定值时，发出蜂鸣以示警告，同时LED 灯发出视觉信号。具体操作时，可使用按键设置报警门值电压，当被测信号超出门值电压时，会发出声光报警信号，提醒操作者采取措施。其设计图如下图 8：
