（信号与信息处理专业论文）基于μcosii和minigui的多功能控制终端.pdf

摘要 摘要 智能家居的发展，对控制终端也提出了越来越高的要求。例如：随着电视 频道的迅速增多，选出所需的节目已越来越不方便。而已有的一些装置均有较 为明显的缺陷：有的需要嵌入到其它装置罩复合使用；有的因频道编码过多而 导致的搜寻困难仍需人工解决。同时，人们希望能远程控制家中的电器，或家 中出现意外时能及时报警，以使生活更方便、安全。这就需要开发一种更为方 便实用的控制器。 另外，随着嵌入式系统应用的不断发展，对嵌入式产品的开发要求从开发 速度、开发质量、开发成本以及开发模式等方面都提出了新的标准。传统的面 面俱到的小作坊式的开发模式难以满足目前发展迅速的嵌入式产品应用要求。 嵌入式系统业内正在积极探索平台化的开发方法，以加快项目开发速度，提高 工程开发质量。 基于以上情况，本文提出了基于uc o s i i 操作系统、m i n i g u i 图形用户 晃面系统和微控制器l p c 2 2 1 0 ( a r m 7 核) 的软、硬件平台开发的方法，来实现本 文的设计目标，即提供一种无需对现有电器作任何改动，可直接在点播屏对电 视、空调等电器的菜单内容进行显示、检索和点播，并具有电话远程控制电器 和火、盗、煤气泄漏等险情远程报警功能的通用遥控器。 为实现这个目标，本文主要做了以下几方面的工作： 1 、基于1 1c o s - i i 、m i n i g u i 的软件平台和基于l p c 2 2 1 0 的硬件平台的构 建 2 、详细论述了基于平台的具体实现过程： ( 1 ) 红外遥控编码的自学习与转发 ( 2 ) 节目、红外等编码的整理、下载及存取过程 ( 3 ) 人机交互的设计 ( 4 ) 基于公用电话网的远程电器控制与灾情报警 最后，本设计的可行性在实验中得到了验证。 关键词：uc o s - i im i n i g u ia r m 处理器多功能控制终端 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fs m a r th o m er e q u e s t st h ec o n t r o lt e r m i n a lt ob em o r e a d v a n c e da n dm o r ei n t e l l i g e n t f o re x a m p l e ，a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go ft v c h a n n e l s ， i ti sq u i t ei n c o n v e n i e n ta n dt i m e c o n s u m i n gt oc h o o s et h er i g h tf a v o r i t ec h a n n e l a n d m o s to ft h ep r e s e n te q u i p m e n t sh a v eo b v i o u ss h o r t c o m i n g s ，s o m eo ft h e mh a v et ob e e m b e d d e di n t oo t h e re q u i p m e n t s ，a n ds o m eo ft h e mh a v es e a r c h i n gd i f f i c u l t i e sc a u s e d b yt o om a n yc h a n n e lc o d e s a tt h es a m et i m e ，a n o t h e rr e q u i r e m e n th a sb e e nr a i s e db y c u s t o m e r s ，t h a ti st oc o n t r o lh o m ee l e c t r i ca p p l i a n c e sr e m o t e l ya n dt og i v ea na l a r mi n t i m ew h e ns u d d e n n e s sh a p p e n sa th o m e t h o s ed e m a n d so fc o n v e n i e n c ea n ds e c u r i t y m a k et h ed e v e l o p m e n to fan e wt e l e c o n t r o l l e ri n d i s p e n s a b l e w h a ti sm o r e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe m b e d d e ds y s t e ma p p l i c a t i o n ，n e w s t a n d a r d sh a v eb e e nm a d ef o re m b e d d e dp r o d u c t sa b o u td e v e l o p m e n t s p e e d 、q u a l i t y 、 c o s ta n dm o d e t h et r a d i t i o n a ls m a l l - w o r k s h o pd e v e l o p m e n tp a t t e r nc a n tm e e tt h e a p p l i c a t i o nr e q u e s to ft h eb o o m i n ge m b e d d e dp r o d u c t t h ee m b e d d e ds y s t e mi n d u s t r y i s s e e k i n gap l a t f o r md e v e l o p m e n tm e t h o da c t i v e l y , i no r d e rt oa c c e l e r a t et h e d e v e l o p m e n ts p e e do fp r o j e c ta n de n h a n c et h ep r o j e c t sd e v e l o p m e n tq u a l i t y t h i sa r t i c l ed i s c u s s e sas o l u t i o nb a s e d o n 比c o s i io p e r a t i o ns y s t e m 、m i n i g u i g r a p h i c a li n t e r f a c es y s t e ma n dm i c r o c o n t r o l l e rl p c 2 21 0 , i tp r o v i d e sag e n e r a l t e l e c o n t r o l l e r , w h i c hc a nd i s p l a y 、s e a r c ha n do r d e rt h em e n uo ft va n da i r c o n d i t i o n e r o nt h ed i s p l a ys c r e e n ，a n dc a nb ec o n t r o l l e db ym o b i l ep h o n e r e m o t e l y i ti sa l s oa l l a l a r mf o rf i r e 、s t o l e n 、g a sa n do t h e r d a n g e r o u ss i t u a t i o n s t h em a i nc o n t e n t so ft h i sa r t i c l ei n c l u d e ： 1 、t h ec o n s t r u c t i o no ft h es o f t w a r ep l a t f o r mb a s e do n # c o s i ia n dm i n i g u i a n dt h eh a r d w a r ep l a t f o r mb a s e do nl p c 2 2 1 0 2 、d i s c u s st h ei m p l e m e n to ft h ep l a t f o r mi nd e t a i l ： ( 1 ) s e l f - s t u d y i n ga n dt r a n s m i t t i n go fi n f r a r e dt e l e c o n t r o lc o d e ( 2 ) o r g a n i z a t i o n 、d o w n l o a da n ds t o r a g eo fp r o g r a mc o d ea n di n f r a r e dc o d e ( 3 ) m a n - m a c h i n ec o m m u n i c a t i o nd e s i g n ( 4 ) t e l e c o n t r o la n dd i s a s t e ra l a r mb a s e do np u b l i ct e l e p h o n en e t w o r k i l a b s t r a c t f i n a l l y , t h ef e a s i b i l i t yo ft h i sd e s i g nh a sb e e np r o v e db ye x p e r i m e n t k e yw o r d s ：a c o s i i ，m i n i g u i ，a r mp r o c e s s o r ，m u l t i f u n c t i o n a lc o n t r o lt e r m i n a l i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的e r j 届j j 本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 。姥镥 ， 扣6 年7 月7 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 洳年7 月7 日 | 谚哆 第1 章绪论 1 1 本课题之缘起 第1 章绪论 智能家居的发展，对控制终端也提出了越来越高的要求。例如：可供家庭 选择的电视频道一般都在几十个以上，并在不断地迅速增加，选出需要的节目 已经越来越不方便。已有某些具有导视功能的电视增补装置或可接收电视节目 信息的遥控器，如专利号为c n 0 0 2 3 8 1 7 1 0 的装置，需要专门安装电视增补装置 并且占用一定空间，或者将其嵌入到其它装置里复合使用，造成不便。专利号 为c n 2 0 0 4 2 0 0 0 3 9 7 2 8 、c n 2 0 0 4 2 0 0 8 7 9 0 9 7 等装置，利用无线寻呼接收终端接收 电视节目信息，但对于频道编码过多引起搜寻电视节目困难这一主要难点，仍 需用户人工解决。另外，随着经济水平的提高，人们非常希望生活能更方便、 安全。比如，人们希望：炎炎夏日，可在下班前打开空调和电热水器，下班回 家就能享受舒适的沐浴和习习清凉；可以遥控开启微波炉、电饭锅，到家便可 享用可口的饭菜；出现烟、火、煤气泄漏，偷、盗和需要紧急救助等意外情况 时，可以及时报警，这就需要一种更方便实用的控制器。 1 2 本课题的目标 本课题的目标是开发一种无需对现有电器作任何改动，可直接在点播屏对 电视、空调、影碟等电器的菜单内容进行显示、检索和点播，并具有电话远程 控制多种电器和火、盗、煤气泄漏等险情报警功能的通用遥控器。 为了稳定、可靠、快捷地实现上述的功能，并有一定的可持续性，本设计 采用了1 1c o s - 1 1 操作系统、m i n i g u i 图形用户界面系统和微控制器 l p c 2 2 1 0 ( a r m 7 核) 分别作为本课题的软、硬件平台。 1 3 采用软件平台开发的优势 应用的需求使嵌入式系统变得越来越复杂，通常不再局限于个别领域，编 第1 章绪论 写软件不也是一两个人可以完成的，这就迫切需要以嵌入式软件平台来进行开 发。它具有以下明显优势： ( 1 ) 缩短开发时间 下图1 1 是传统开发方式和使用嵌入式软件开发平台开发产品时的代码构 成。由图可以看出，传统开发方式可重用代码很少，大量代码需重新编写。而 使用平台开发，虽然代码量大一些，但大部分代码为复用代码( o s 、软件模块) ， 需要编写的新代码仅限于这个项目的特殊部分，通常不多。因为仅需要编写少 量新代码，所以代码的编写和调试工作量减少很多；另外，平台的使用也更有 利于多人的协作编写，这都有利于缩短开发时间。 新写f 石- 占 软件模块 o s 传缆，j i ：z 乏办式使j ：玛a p i 发 图1 1 不同方式开发代码的比较 ( 2 ) 降低对开发人员的要求 由于大部分与本项目专业背景无关的代码无需重新编写，开发人员无需关 心这部分代码涉及的专业知识。而这些知识往往不是项目相关的行业知识，而 且往往覆盖很广，较短时间内难以被掌握。现开发人员无需关心这部分知识， 自然降低了对开发人员的要求。 ( 3 ) 降低软件对硬件变化的敏感性 因开发平台的应用程序一般不直接操作硬件，这样硬件变化时，只需要修 改0 s 和软件模块适应新的硬件环境即可，应用程序无需变换。而o s 和软件模 块都是由相关领域的专家编写，在程序编写时就考虑了硬件的适应性，硬件改 变时，只需要编写很少且简单的代码即可，甚至无需编写代码，只需简单地配 置一下。这样，硬件的变化对项目的影响降低了很多。这也间接地降低了开发 成本和运营成本，降低了对开发人员的要求。 ( 4 ) 降低开发成本 缩短了开发时间、降低了对开发人员的要求、降低了硬件变化对项目的影 2 第1 章绪论 响，开发成本也自然降低了。 ( 5 ) 增加稳定性和可靠性，提高产品性能 o s 和软件模块都是由相关领域的专家编写，代码大多经过多次多种场合的 检验，其代码的稳定性和可靠性比一般人编写的代码具有更高的稳定性和可靠 性。另外，虽然使用平台开发其性能比实际能够达到的性能低一些，但平台代 码经过专家较好的优化，因而在大多数情况下使用平台开发的产品性能更好。 综上，使用平台开发，能有效地降低开发成本、提高产品性能，从而大大 增强了产品的市场竞争力。 1 4 选择# o o s l i 和m i g u i 的缘由 ( 一) 选择uc o s - i i 的理由 常见的嵌入式操作系统不少，有| lc o s - i i 、uc l i n u x 、w i n c e 、v x w o r k s 、 e c o s 等等，其性能都比较优异，尤其是l ic l i n u x 、v x w o r k s 在我国应用广泛。 但“量体裁衣、看菜吃饭，针对自身的实际情况，决定选取uc o s - i i ，因为 它同时具备以下特点： 1 、容易移植：pc o s - i i 的汇编部分已压到最低限度，故其可移植性好， 能很容易移植到各种微处理器上；而且在移植过程中，用户只需做少量的工作 即可。 2 、适合学习：uc o s - i i 绝大部分是用c 编写的，结构简洁，可读性强， 且公开源码，并有大量资料及移植实例可供参考，尤其适合嵌入式技术的初学 者使用。 3 、免费使用：uc o s 一工i 是源码公开的实时嵌入式操作系统，作为学习使 用，用户无需花任何费用即可得到其所有源代码。 4 、稳定可靠：l ic o s - i i 已通过了美国联邦航空局( f a a ) 的认证，可以 用在与人性命攸关的安全系统上，这足以证明它的稳定与可靠。 ( 二) 选择m i n i g u i 的理由 图形用户界面( g u i 叫r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ) ，是当今广泛流行的 计算机技术的重要成就。人们不再需要死记硬背大量的命令，而可以通过窗口、 菜单方便地进行操作，屏幕又能立即给出反馈信息所见即所得，极大地方 便了非专业用户的使用。 3 第1 章绪论 5 、具有很高的稳定性和较大的灵活性，并可根据需求进行灵活配置。 1 5 硬件平台的选择 本设计是一个多功能的遥控终端，其硬件平台选择主要是微处理器的选取。 目前市场上比较优秀的嵌入式处理器的种类不少，但其性能、价格迥异，就是 同一类型的嵌入式处理器也有多个厂家生产，且其性能参数上也有差别。这些 因素就给嵌入式处理器的选择带来困难。在一个系统中使用什么样的处理器主 要取决于应用的领域、用户的需求、成本的大小、开发的难易等因素。通常是 确定了选择哪种嵌入式内核后，接下来结合实际情况，考虑系统外围设备的需 求情况，选择一款合适的处理器。 表1 2 列出了几种常用的嵌入式处理器的特性。 表1 2 常见的嵌入式处理器 处理器类型处理器价格土要性能及应用 种类很多，适合控制领域，但不适合移植操 单片机低 作系统 功耗较低，外设丰富，在控制和通信领域都 a r m 低 有较多应用 d s p中 主要应用丁数据处理要求较高的领域 d r a g o nb a l l低速度低，主要应用丁p d a 通信、网络等领域，特别是对性能要求很高 p o w e rp c高 的高端嵌入式设备中 通过对项目目标的仔细分析，从以下几点考虑来选择硬件平台： 1 、要有本设计计划用到的r t c 、s p i 、p w m 、多个e i n t 、u a r t 、2 个定时 器等主要部件。 2 、要嵌入uc o s i i 、m i n i g u i 系统，并为了提高响应速度将必需的 一天节目信息及相关红外编码读到r a m 中，需要约1 0 0 k 的r a m 和4 m 的代码存 储空间，这就要求该m c u 具有外部存储控制器( e m c ) 以外接r a m 和f l a s h 。 3 、市场货源充足，有较丰富的学习资料，最好有强大的技术支持，。 4 、有外部总线接口，以连接液晶驱动器、存储器等外设。 5 、具有较低的功耗，具有掉电模式或空闲模式。 5 第1 章绪论 6 、具有较快的c p u 速度本设计要在较大的数据量中检索所需的信息。 7 、要有较丰富的i o 控制接口本设计要用到较多的i o 引脚。 8 、价格较低，性价比较好。 在实际工作中，挑选合适的硬件是一项比较复杂的工作，需要考虑全面地 考虑和权衡。成本经常是一个关键性的因素，但注重成本，一定要考虑产品的 整体成本，包括开发的人力资源成本，而不只看c p u 的价位。有时一个廉价的 c p u 反而可能会成为这个产品成本居高不下的问题根源。 本课题的设计主要是用于控制、通信，所以不采用d s p 处理器，又单片机 的资源有限，不适合移植操作系统，故也不采用之。综合芯片价格、性能参数、 市场供货情况和技术支持等多方面因素，最终在同样基于a r m 7 核的、功能也很 接近的三星s 3 c 4 4 b o x 和飞利浦l p c 2 2 1 0 芯片中，选定了开发环境和技术支持更 为有利的l p c 2 2 1 0 微控制器作为初期丌发的硬件平台，待系统成型后，也可移 植到其它芯片。该芯片具有以下主要特色： 1 、1 4 4 个引脚，最多可使用的g p i o 高达1 1 2 个 2 、1 6 k b 片内静态r a m 3 、外部8 位、1 6 位或3 2 位总线 4 、通过外部存储器控制接口可将存储器配置成四组，每组容量高达1 6 m b ； 5 、片内启动装载程序实现在系统编程( i s p ) 和在应用中编程( i a p ) ，调 试接口使能断点和观察点，调试方便 6 、多个串行接口，包括2 个1 6 c 5 5 0 工业标准u a r t ，高速1 2 c 接口，2 个 s p i 接口，实时时钟r t c 电路，2 个3 2 位带捕获和比较功能的定时器，6 路p w m 输出和看门狗 7 、通过片内p l l 可实现高达6 0 m h z 的c p u 操作频率 8 、向量中断控制器，可以配置优先级和向量地址 9 、2 个低功耗模式：空闲和掉电模式。通过外部中断将处理器从掉电模式 中唤醒，并可使能禁止某些外部功能来优化功耗 1 0 、双电源：c p u 操作电压范围：1 6 5 1 9 5 v ，i o 操作电压范围：3 o 3 6 v 1 6 本章小结 本章简要地介绍了本课题研究的背景、实现的目标，阐述了采用平台( 主 6 第1 章绪论 要指软件平台) 开发的优势，以及本课题软、硬件平台的选取。 7 第2 章本课题研究的思想及结构框图 第2 章本课题研究的思想及结构框图 2 1 问题的提出 本课题需要实现的功能有： 一、具有菜单点播功能的通用遥控器 ( 一) 作电视遥控器具有的功能： 1 、实时点播功能当前播放的节目菜单的显示及其实时点播 点击交互界面上( 见图2 1 ) “当前电视”按钮，触摸屏上立即显示当前的 时间、各电台及其节目的名称( 在同一时刻，每个电台只有一个节目j 下在播放) ， 点击欲欣赏的节目名称后，则立即切换到该节目。 2 、定时点播方式，分为两种： 预定的具体时刻节目的显示及点播：设计一个时间菜单供您选择，如： 您选择的时间为2 0 时0 0 分，当您按下界面上“确定”按钮后，则屏幕显示2 0 时0 0 分的所有节目及其所在的电台名称，而您点击欲欣赏的节目名称后，则延 时预定时间( 节目预定的播放时刻减去当日f f 时刻) 立即切换到该节目。 当前所有未播节目的显示及点播：点击界面上“未播节目 按钮，则屏 幕显示所有电台，而点击欲浏览的电台后，又显示该台所有的未播节目，再点 击欲欣赏的电视节目，则延时到该节目的预定播放时间后自动切换到该节目。 ( 二) 作空调、影碟、功放等其他电器的通用遥控器 点击界面按钮“其他电器 ，则显示“空调制冷自动 、“空调制冷强 风、“空调制冷弱风 、“空调制热自动 、“空调制热强风”、“影 碟”、“功放 等菜单，点击其中的某一菜单则显示相应的子菜单。如：选择 “影碟 ，则显示“播放、“停止 、“暂停等菜单，点击相应菜单则 进入相应的模式。又如，若选择“空调制冷自动”，则显示菜单“1 6 。c ”、 “1 7 ”、“1 8 “3 0 ，点击相应的菜单，则进入相应的工作模 式。 预期界面设计见下图2 1 。 第2 章本课题研究的恐想及结构框图 亟 臣巫 欢 迎 i 播 节 几 谢 谢 i 网 | 电器| i 。_ j 选时1 2vm j 1 5v 分圆 现时5 2 71 2 ：1 5 回 i i i 火台：马大帅1 1 7 1 2 8 il i 火一：台：健坡之路2 0 0 6 - 1 0 7 i i i 央台：l , i j 。阿数2 0 0 6 - 1 7 t l 峡= j l l 台：i j f 述：2 0 0 6 - 1 1 8 i l i 央“台：n b a 辱后赛2 l ，f ，央六台：t 机竖2 - l i 央七台：j ，l ：留报道0 5 。2 7 i | i 尖八台：施朗人将v f ： 5 3 7 i l i 火九：体汀报道0 5 2 7 i i 火l 台：探欲发j ：弛2 0 0 6 - 1 4 5 图2 1 初步规划界面 二、基于公用电话网的具有电话远程控制和报警功能 可以通过电话( 座机或手机) ，按照本文所述的控制终端的语音提示，发送 相应的指令( 如按“l 打开空调，按“2 关闭空调，等等) 来控制 家中的各种电器，并且当家中有火、盗、煤气泄漏等灾情，或需要紧急救助等意 外情况时，自动拨打家人电话或相应的报警电话( 如1 1 9 、1 1 0 等) ，以通知相 关人员迅速扑灭险情。 2 2 实现的总体规划 一、需要解决的几个主要问题 ( 一) 红外编码的学习与转发 因要控制电视、空调等各种不同的红外控制电器，而每种电器的红外编码 不同，这就需要遥控器“万能”，目前采用的办法有两种：一种是贮存各种不同 的实际红外编码，当需要控制某种电器时，调用相应的编码。另一种是采用“自 学习 功能，即遥控器能自主学习需要控制的电器的红外编码的高低电平的时 问值，并存储在存储介质中，需要时依照相应的高低电平的时间变化规律经红 外发射管转发即可，而无需清楚其编码规律。 第一种方法需要大量存储各种控制对象的红外编码( 包括事先不知型号的 9 第2 章本课题研究的思想及结构框图 需要控制对象) ，故采用第二种方法。 ( 二) 电视节目菜单的下载 即电视节目的菜单如何得到，这里需要解决这么几个问题： 1 、节目源的制作。 2 、如何将汉字的节目菜单传输到遥控器。 准备采取的办法是： ( 1 ) 节目源的制作 收集因特网上的各个电视台的节目，下载到p c 机，建立电视节目的数据库， 作为电视节目源。 ( 2 ) 如何从p c 机下载到遥控器 考虑两种方式： 采用文件系统z l g f s ，用u 盘作为中间媒介，节目数据以f s 的形式从 p c 机读到u 盘，a r m 再从u 盘通过软件z l g f s 读出。 通过串口，把节目源以字节的形式传输给a r m 的外部r a m ，节目内容最 终从r a m 中读出而存入存储介质( 如e 2 p r o m 、s d 卡等) 中。 目前采用串口进行传输，在上位机( 即p c 机) 上建立良好的用户界面，用 户只需轻轻一点，就可以把所需的菜单内容下载到控制终端。 因为串口是以字节的方式传输信息的，而汉字( 这里指的是简体字) 是无 法用一个字节表示的，故而它的传送就要考虑到它的编码方式。汉字( 简体字) 的编码方式一般有一下几种： g b 2 3 1 2 码 g b 2 3 1 2 码，是中国国家标准的简体中文字符集。其规模较小，但基本能满 足汉字的计算机处理需要，在中国大陆和新加坡获得广泛使用。 g b 2 3 1 2 中对所收汉字进行了“分区”处理，每区含有9 4 个汉字符号。这 种表示方式也称为区位码。它是用双字节表示的，习惯上称前字节为“高字 节 ，实际使用o x a l - o x f 7 ( 把0 1 - 8 7 区的区号加上o x a o ) ，而后字节为“低字 节 ，实际使用o x a i - o x f e ( 把0 卜9 4 的区号加上o x a o ) 。 以“啊”字为例，它的区号1 6 ，位号0 1 ，则区位码是1 6 0 1 ，高字节和低 字节分别加o x a o 得到程序的汉字处理编码o x b o a l 。 g b k 码 6 b k 码是g b 2 3 1 2 的扩展( k ) ，g b k l 0 收录了2 1 8 8 6 个符号，它分为汉字区 1 0 第2 章本课题研究的思想及结构框图 和图形符号区，汉字区包括2 1 0 0 3 个字符。g b k 字符集主要扩展了繁体中文字的 支持。 g b l 8 0 3 0 码 g b l 8 0 3 0 码，是我国政府新发布的汉字编码国家标准，采用单字节、双字节 和四字节三种方式对字符编码，解决了汉字、日文假名、朝鲜语和中国少数民 族文字组成的大字符集统一编码的问题，并且兼容g b 2 3 1 2 、g b l 3 0 0 0 1 。 u n ic o d e 码 u n i c o d e 码( u n i v e r s a lm u l t i p l e 一0 c t e tc o d e dc h a r a c t e rs e t ) 是支持世 界上超过6 5 0 种语言的国际通用字符集，它为每种语言中的每个字符设定了统 一并且唯一的二进制编码，满足了跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。 u n i c o d e 编码中常见的有u t f - 8 、u t f 一3 2 和u t f 一1 6 多种使用方式。 i d t f - 8 使用可变长度字节来储存u n i c o d e 字符，例如a s c i i 字母继续使用1 字节储存，重音文字、希腊字母或西里尔字母等使用2 字节来储存，而常用的 汉字就要使用3 字节，辅助平面字符则使用4 字节。 。 u t f - 1 6 使用一个或两个未分配的1 6 位代码单元的序列对u n i c o d e 代码 点进行编码；u t f - 3 2 则将每一个u n i c o d e 代码点表示为不同值的3 2 位整数。 通过上面的介绍，我们看到，o b k 、g b l 8 0 3 0 、u n ic o d e 码均比g b 2 3 1 2 码的 功能强大，其中u n i c o d e 码更是趋于完美。但由于本文设计的是一个嵌入式系 统，它的资源，无论是其速度，还是其存储的空间都还是相当有限的，所以应 该综合考虑，即不仅要考虑编码的功能，更要考虑编码的容量，当然还得考虑 m i n i g u i 是否支持。故而最终选择了编码容量最小、m i n i g u l 支持的g b 2 3 1 2 码 作为汉字菜单的编码方式。 ( 三) 节目菜单内容及红外编码的存储： 由于节目菜单内容及红外编码需能断电存储，其容量较大。如按一星期存 储量来算，则设有1 0 0 个电视台，每台每天有4 0 个节目，每个节目包含2 0 个 汉字即4 0 个字节( 考虑到节目的台名、播放时间、节目名称) ，则需要的存储 空间就达1 0 0 x 4 0 4 0 x 7 = 1 1 2 ( m ) ，再加上红外编码的存储量，那就更大了， 通常的e 2 p r o m 容量不够。同时本设计是手持设备，存储介质的体积需小一点， 又考虑到存储介质的性价比、读写的速率，本设计决定采用s d 卡而非其他诸如 e 2 p r o m 、c f 卡的存储方式，即采用s p i 总线( 考虑到s p i 的优点，主要是传输速 率及误码率) ，把暂存于a r m 之r a m 中的数据以页写的方式存入s d 卡。 第2 章本课题研究的思想及结构框图 ( 四) 节目的检索 为了实现节目菜单快速、正确的检索，本设计这样考虑： 按一天中时间值从d , n 大的顺序形成节目的时间表。 按与时问表对应的关系( 一个节目对应一个时间) 形成每个电台的节目 表。 对于“当前播放的节目及其所在电台”的检索，由于时间表中节目的播放 时间是指每个节目开始播放的时间，故只要在每个电台的节目时间表中找到比 当前时间值大的第一个时间值，则它的前一个时间值所对应的节目也即当前正 在播放的节目。这样，就可以把每个电台当前正在播放的节目一一检索到。 对于“一天中尚未播放的全部节目的检索 ，则只要取时间表中比当前时间 值大的所有时间值，它们所对应的节目就是每个电台一天中尚未播出的节目。 本设计制作、下载节目菜单，是以一个星期为单位的，而在一个星期中， 后续日子的菜单制作方法同前，故检索的方法也是一致的。 ( 五) 人机交互界面的设计 本设计采用灵活小巧的m i n i g u i 作为人机交互的软件平台，触摸屏上的触 摸位置通过a d s 7 8 4 3 转换成数字信号后送入微控制器l p c 2 2 1 0 ，由m i n i g u i 产生 相应的消息。根据不同的消息，l p c 2 2 1 0 协同液晶屏及其驱动电路s 1 d 1 3 5 0 3 以 及其它电路来执行显示、检索等相应动作。 ( 六) 基于p s t n 的语音提示的电器遥控与险情报警功能 对于基于公用电话网( p s t n ) 的这部分功能，是采用d t m f ( 双音多频) 通 信技术，借助遍及千家万户的电话线网来实现家庭内部与外界的信息交换。利 用微控制器与电话拨号芯片的结合，实现电话远程报警、电话远程控制，是目 前比较流行且实用的解决方案。 常用的d t m f 电话拨号芯片有h o l t e k 公司的d t b l f 发送芯片h t 9 2 0 0 、d t m f 接 收芯片h t 9 1 7 0 和m i t e l 公司的单片收发m t 8 8 8 0 。本设计既要接收又要发送 d t m f 信号，考虑两种方案：单片m t 8 8 8 0 或者是h t 9 2 0 0 加h t 9 1 7 0 。后者有一 定的价格优势，前者则应用比较方便，本文决定采用前者。 对于语音芯片，常用的有i s d 系列等，从性价比和应用的方便性考虑，决 定采用周立功公司的z y l 4 2 0 a 语音芯片，它具备i s d l 4 2 0 的全部优良性能，且 使用更方便。 二、规划的总体硬件框图 1 2 第2 章本课题研究的思想及结构框图 虚线部分为服务器端的节目制作、 红外自学习等，对用户不可见 r 一一一1 图2 2 规划的总体硬件框图 规划的总体硬件框图如图2 2 所示，用户上位p c 机把从i n t e r n e t 网上选 取并制作的所需节目源、自学习的红外信号( 这二者如虚线框中所示) 以及时 间信息等，经串口0 ( u a r t o ) 由a r m 以s p i 方式转存到s d 卡中。当用户在由 m i n i g u i 平台建立的人机交互界面上点击相应的菜单时，触摸屏的位置信息由 a d s 7 8 4 3 转换成电信号后，传送给a r m ，a r m 根据相应的“消息”( 在m i n i g u i 中，点击相应的菜单会产生相应的“消息) ，使液晶驱动s 1 d 1 3 5 0 3 驱动液晶 屏显示相应的内容，并作出相应的动作，如调制由p w m 电路产生的3 8 k 载波后 发射出去而遥控切换到欲欣赏的电台节目等。而当前显示的时间及定时的时间 均由实时时钟电路( r t c ) 决定的。当用户拨打相应的电话时，若几次铃响( 设 为5 次) 后无人接听则模拟摘机电路自动接通电话，用户通过电话发出的指令 经由公共电话网( p s t n ) 送到双音多频的编、解码电路m t 8 8 8 0 ，由m t 8 8 8 0 将 双音多频信号转换成二进制码后传至a r m ，a r m 读出后则执行相应的动作，如打 开空调、打开电饭煲等。当有火、盗等警情时，传感器将其转换成电信号后送 至a r m 的e x i n t l 、e x i n t 2 ，a r m 进入中断，将报警电话号码( 如手机号码： 1 3 第2 章本课题研究的思想及结构框图 1 3 6 11 2 6 5 2 6 5 ，火警号码：1 1 9 等) 经m t 8 8 8 0 转换成双音多频编码送至p s t n ， 相应的电话就被拨通，同时在电话中播放存储在语音芯片z y l l 4 2 0 a 中的相应报 警语音( 如“x 小区x 楼x 室有火警 等) ，完成报警功能。 三、规划的总体软件框图 整个程序的入口是m a i n ( ) ，然后兵分2 两路( 当然，这两者还是有密切的 联系的) ：一路是运行3 个任务( 任务内容见下图2 2 ) ，并确定优先级依次递增； 另一路是进入m i n i g u i ，等待并处理各种“消息”。 由于电话线状态只能是呼入或呼出的一种，故本文采用险情中断优先级高 于振铃检测中断的方法来防止同时出现呼入控制电话和呼出报警电话的情况， 而两个中断要执行的动作均放在任务3 中完成。 具体如框图2 3 所示。 对用户来说不可见， 故用虚线表示之 图2 3 规划的总体软件框图 2 3 本章小结 本章首先提出了本设计需要实现的功能。然后介绍了实施过程中需要解决 的几个主要问题及其解决方案。在此基础上，进一步提出了实现方案的总体规 划，给出了硬件和软件框图，并简要介绍了其工作流程。 1 4 第3 章平台的构建 第3 章平台的构建 平台包括两部分，一是硬件平台，一是软件平台。所谓“皮之不存，毛将 焉附”，故得先搭建硬件平台，然后再构建软件平台。 3 1 硬件平台的搭建 本设计是以l p c 2 2 1 0 微控制器为基础来搭建硬件平台的，因为需要构建人 机交互界面，所以还需要添加显示部件，如液晶触摸屏及其驱动等。其框图如 下所示。 图3 1 硬件平台框图 3 1 1 电源电路 电源系统为整个系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有很重要的地 位。如果电源电路处理的好，那么整个系统的故障往往减少了很多。 本文采用的l p c 2 2 1 0 芯片有4 组电源输入：数字电压3 3 v 、数字电压1 8 v 、 模拟电压3 3 v 和模拟电压1 8 v 。因此在理想情况下，电源系统需提供4 组独立 的电源，它们需单点接地或大面积接地。如果系统其它部分还需其他电源，则 需要另外提供。但因不使用该a r m 芯片的a d 转换功能，且其它部分对电源没有 特殊要求，根据芯片资料，模拟电源和数字电源可不分开供电。 从l p c 2 2 1 0 手册可知，其1 8 v 消耗的电流极限是7 0 m a ，为了保证可靠性并 为以后升级留下余量，电源系统1 8 v 能够提供的电流应该大于3 0 0 m a 。整个系 1 5 第3 章甲台的构建 统在3 3 v 上消耗的电流与外部条件有很大的关系，对于扩展一般的外部接口不 会超过2 0 0 m a ，这样电源系统3 3 v 能够提供6 0 0 m a 的电流即可。 8 因为系统对这两组电压稳定性要求比较高，且功耗不是很大，且开关电源 虽然效率较高，输出功率也较大，但其自身干扰较大、纹波也较大，所以不适 合用开关电源，而应当用低压差模拟电源l d o 。合乎参数的l d o 芯片很多，s i p e x 半导体公司的s p x l1 1 7 就是一个比较好的选择，它的性价比较高，静态电流很 低，且随负载而变化以提高效率，非常适合电池供电的系统。又有很多产品能 与它直接替换，减少了采购风险。图3 2 为本设计的电源系统原理图。 u 1 2 s p 。z 111 7 量矗3 33 u 1 2i s p x l l1 7 m 3 1 8 d 3 3 d 1 8 图3 2 电源电路 3 1 2 时钟电路 目前所有的微控制器均为时序电路，需要时钟信号j 能工作，而大多数微 控制器具有晶体振荡器。基于以上事实，需要设计时钟电路。简单的方法是利 用微控制器内部晶体振荡器，但是有些场合( 例如减少功耗、需要严格同步等 1 6 第3 章平台的构建 情况) 需要使用外部振荡源提供时钟信号。 对于l p c 2 2 1 0 芯片，如果从x t a l l 脚输入占空比因数为0 5 的时钟信号， 则时钟频率在1 5 0 m h z 范围内；如果是选择外部晶体，则微控制器的内部振荡 电路仅支持i 3 0 m h z 的外部晶体。如果需要使用片内p l l 系统( 锁相环) 或引 导装载程序( i s p 功能) ，输入时钟频率将被限制在1 0 2 5 m h z 范围内。由于本设 计为了提高c p u 的工作频率，使用片内p l l 系统；另外，为使串口通讯时获得 精准的波特率，本文采用了1 1 0 5 9 2 m h z 的晶振。 振荡器输出频率称为f o s c 。l p c 2 2 1 0 的振荡器可以工作在两种模式下：从 属模式和振荡模式。从属模式采用外接有源晶振，有源晶振与一个l o o p f 的电 容相连再连接到x t a l l ，其幅值不少于2 0 0 m v r m s ，x t a l 2 引脚不连接。此时，f o s c 的频率被限制在i 5 0 m h z 。而振荡模式则只需在外部连接一个无源晶体和电容 c 。和c 。：就可以形成基本模式的振荡乜1 。 本设计采用振荡模式，具体电路如图3 3 所示。 j r z o p 图3 3 时钟电路 3 1 3 复位电路 微控制器在上电时状态如果不确定，会造成微控制器不能正常工作。因此 所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初始化为某个确定的状态。 复位逻辑需要一个复位信号才能工作，而大多数微控制器需要外部输入复位信 号。因为这个信号是使微控制器初始化为某个确定的状态，所以其稳定性和可 靠性对微控制器的正常工作有重大影响。 图3 4 为最简单的阻容复位电路，上电时v c c 通过r 1 向电容c 1 充电，r e s e t 管脚由低电平上升，经过一段时间，电容充电稳定后两端电压为v c c 。r e s e t 脚 为低电平时系统复位，上升到高电平后复位状态结束，r 1 、c 1 决定复位时间。 1 7 第3 章平台的构建 图3 4 阻容复位电路 这个电路成本低廉，但是不能保证在任何情况下都产生稳定可靠的复位信 号，所以一般情况下使用专门的复位芯片。这类芯片很多厂家都生产，例如 m a x 7 0 8 ，s p 7 0 8 等。复位芯片的复位门槛的选择至关重要，一般应当选择微控制 器的i o 口供电电压范围为标准。对l p c 2 2 1 0 来说，这个范围是3 o v 到3 6 v ， 所以其门槛电压选择2 9 v 左右比较合适。本文选择了门槛电压为2 9 3 v 的性能 优良的s p 7 0 8 s 复位芯片，电路连接方法如图3 5 所示。当电源电压低于2 9 3 v 时，r s t 脚会产生2 0 0 m s 的复位脉冲使微控制器复位，同时该电路也支持手动