基于ARM的温湿度采集系统

编号22期末大作业题目基于ARM的温湿度采集系统物联网工程学院计算机科学与技术专业学号0304100222学生姓名仲其龙指导教师陈志国二一三年五月摘要I摘要课题是基于S3C44B0XARM微处理器为核心，采用LCD液晶显示，设计空气中的温温度和湿度数据采集显示系统。设计的过程主要包括硬件设计和软件设计，其中软件设计为C语言设计。系统的主要功能是从空气中采集数据，通过A/D转换器，转换为数字信号，并通过LCD液晶显示屏显示。实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示功能。关键词ARM；S3C44B0X；嵌入式系统；数据采集目录I目录摘要I目录I第1章概述111实验目的及要求112实验内容1第2章设计原理221硬件系统总体设计222LCD液晶显示设计2221S3C44B0XLCD控制器介绍2222显示控制3223电路设计323A/D转换设计4231采样保持接口4232分压电路424电源电路设计525温度采集电路设计6第3章设计步骤731软件设计732关键代码8第4章实验结果及结果分析1241实验结果1242实验结果分析12第5章小结12参考文献13嵌入式系统期末大作业1第1章概述11实验目的及要求目前嵌入式系统的研究和应用中，ARM芯片的使用越来越广泛。本课程的目的是了解嵌入式系统基础理论的前提下，掌握一些常用的ARM处理器相关的汇编语言和C语言程序设计方法，熟悉基于S3C44B0X芯片的硬件接口设计方法，学会使用ARM集成开发环境，从而了解嵌入式系统的软硬件设计过程，为今后从事相关领域的应用和研究打好基础。通过大作业期望可以实现如下目的一、掌握一种ARM的开发工具使用方法；二、掌握S3C44B0XARM处理器的原理和接口设计方法；三、掌握ARM的C语言和汇编语言编程方法；四、培养选用参考书、查阅技术手册及相关参考文献的能力；五、培养独立思考、分析问题和解决问题的能力；六、培养严肃认真的学习风气和良好的沟通协作能力。12实验内容题目基于ARM的温湿度显示系统具体要求1以S3C44B0X的ARM处理器为核心，选择合适的元器件，设计一个空气中的温度和湿度的显示系统；2温度传感器和湿度传感器的类型不限，要求温度测量范围为2060，湿度测量范围为1090；3温度和湿度的显示，可以采用八段数码管或LCD液晶屏的形式；4要求给出S3C44B0X和主要装置的硬件连接电路图（原理图）；5要求编写相关的温湿度采集和显示程序，并给出合理的程序注释。嵌入式系统期末大作业2第2章设计原理21硬件系统总体设计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。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。下面分别对各部分的工作原理做简要的说明多路温度传感器协控制器RS232电源电路ARM处理器LCD显示键盘FLASHROM存储器SDRAM存储器图1为了实现系统所要求的功能和指标，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。22LCD液晶显示设计221S3C44B0XLCD控制器介绍S3C44B0X处理器集成LCD控制器，支持4位单扫描、4位双扫描和8位单扫描工作方式。处理器使用内部RAM区作为显示缓存，并支持屏幕水平和垂直滚动显示。数据的传送采用DMA（直接内存访问）方式，以达到最小的延迟。根据实际硬件水平和垂直像素点数、传送数据位数、时间线和帧速率方式等进行编程以支持多种类型的液晶屏。可以支持的液晶类型有本科生毕业论文（设计）题目3单色液晶4级或16级灰度屏（基于时间抖动算法或帧速率控制FRC）256色彩色液晶（STN液晶）222显示控制LCD控制器主要提供液晶屏显示数据的传送、时钟和各种信号的产生与控制功能。S3C44B0X处理器的LCD控制器主要部分框图如图2所示寄存器控制数据控制DMA传送控制信号产生电路323232SYSTEMBUSVCLKVD30VMVFRAMEVLNEVD73图2LCD控制框图223电路设计进行液晶屏控制电路设计时必须提供电源驱动、偏压驱动以及LCD显示控制器。由于S3C44B0X处理器本身自带LCD控制器，而且可以驱动实验板所选用的液晶屏，所以控制电路的设计可以省去显示控制电路，只需进行电源驱动和偏压驱动的电路设计即可。图3液晶显示电路嵌入式系统期末大作业423A/D转换设计231采样保持接口在S3C44B0X中A/D模块有8个模拟输入通道，通道的切换可以由内部的定时器完成。如果要进行8个通道连续变化的信号的转换，还必须在8个通道全部加采样保持器,采样保持的接口电路如下图。模拟输入信号为需要转换的信号，驱动控制信号可以通过编程利用ARM里面的TIMER产生，也可以通过I/O口来控制，输出信号直接接到A/D模块中的输入通道。图4采样保持接口232分压电路分压电路比较简单，为了保证电压转换时是稳定的，可以直接调节可变电阻得到稳定的电压值。本科生毕业论文（设计）题目5图5分压电路24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，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。嵌入式系统期末大作业6图6电源电路25温度采集电路设计温度采集模块电路如图。考虑到系统成本因素，此处采用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。图4中AT89S52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RS232串行口与RAM核心控制模块通信，达到数据传输的目的。图7温度采集电路本科生毕业论文（设计）题目7第3章设计步骤31软件设计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分别编写，以实现所要求的功能。开始ARM初始化硬件装置初始化扫描键盘处理按键键盘初始化LCD显示初始化相应显示数据获取数据处理数据显示有键按下YN软件设计流程图由该流程图可看出，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复位嵌入式系统期末大作业8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。32关键代码LCD液晶屏初始化VOIDLCD_INITVOIDRDITHMODE0X12210RDP1_20XA5A5RDP4_70XBA5DA65RDP3_50XA5A5FRDP2_30XD6BRDP5_70XEB7B5EDRDP3_40X7DBERDP4_50X7EBDFRDP6_70X7FDFBFE/DISABLE,8B_SNGL_SCAN,WDLY16CLK,WLH16CLK,RLCDCON10X0|2221RLCDSADDR2M5DUNSIGNEDINTG_UNLCDACTIVEBUFFERSCR_XSIZELCD_YSIZE1|MVAL0JP10X0嵌入式系统期末大作业12第4章实验结果及结果分析41实验结果工作模式显示范围采集湿度显示湿度1090采集温度显示温度2060实验结果表42实验结果分析系统运行稳定，由于传感器灵敏度问题，采集的数据与实际的数据有一定的差距。去除误差，系统采集基本正确。第5章小结如今嵌入式已经渗透到各个行业当中，与我们的生活息息相关，学习嵌入式已经成为计算机专业人员必不可少的一个过程。经过一个学期的嵌入式学习，对嵌入式领域有了一个大体的概念，了解到嵌入式行业的ARM芯片的优秀的设计工艺，以及整个嵌入式的开发过程。此次大作业，正是对一个学期学习的检测，是将理论知识应用于实践的一次考察，对自身的学习水平有一个大致的了解。同时，加深加固对知识的掌握与理解。此次大作业，感觉到如果真正的能够理解知识，就必须将知识应用实践。在整个设计的过程中，从硬件的设计到软件的设计，涉及的知识包括S3C44B0X、C语言程序设计、电路设计、调试等，可见计算机专业人员，必须有一个很广的知识面，对各个领域都有一定的涉及，这便是平时一个学习的积累。可见，学习积累对于计算机专业人员的重要性。另一个