基于ARM的温湿度采集系统

编编 号号2 2 期期末末大大作作业业 题目：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 学生姓名 仲其龙 指导教师 陈志国 二一三年五月 摘要 摘摘 要要 课题是基于 S3C44B0 x ARM 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；S3C44B0 x；嵌入式系统；数据采集 目录 目目 录录 摘 要 .I 目 录 .I 第 1 章 概述 .1 1.1 实验目的及要求 .1 1.2 实验内容 .1 第 2 章 设计原理 .2 2.1 硬件系统总体设计 .2 2.2 LCD 液晶显示设计 .2 2.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介绍 .2 2.2.2 显示控制 .3 2.2.3 电路设计 .3 2.3 A/D 转换设计 .4 2.3.1 采样保持接口 .4 2.3.2 分压电路 .4 2.4 电源电路设计 .5 2.5 温度采集电路设计 .6 第 3 章 设计步骤 .7 3.1 软件设计 .7 3.2 关键代码 .8 第 4 章 实验结果及结果分析 .12 4.1 实验结果 .12 4.2 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 0 第第 1 章章 概述概述 1.1 实验目的及要求实验目的及要求 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 S3C44B0X ARM 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。 1.2 实验内容实验内容 题目题目：基于 ARM 的温湿度显示系统 具体要求：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-20+60，湿度测量范 围 为 10%90%； 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。 本科生毕业论文（设计）题目 1 1 第第 2 章章 设计原理设计原理 2.1 硬件系统总体设计硬件系统总体设计 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RS-232 电源电路 ARM处理器 LCD显示 键盘 Flash ROM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。 2.2 LCD 液晶显示设计液晶显示设计 2.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介绍控制器介绍 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： 嵌入式系统期末大作业 2 - 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） 2.2.2 显示控制显示控制 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 3232 32 System Bus VCLK VD3：0 VM VFRAME VLNE VD7：3 图2 LCD控制框图 2.2.3 电路设计电路设计 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 本科生毕业论文（设计）题目 3 3 2.3 A/D 转换设计转换设计 2.3.1 采样保持接口采样保持接口 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 2.3.2 分压电路分压电路 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。 嵌入式系统期末大作业 4 图 5 分压电路 2.4 电源电路设计电源电路设计 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。 本科生毕业论文（设计）题目 5 5 图6 电源电路 2.5 温度采集电路设计温度采集电路设计 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RS-232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 嵌入式系统期末大作业 6 第第 3 章章 设计步骤设计步骤 3.1 软件设计软件设计 本温度数据采集与显示装置的主体由S3C44B0 x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Y N 软件设计流程图 由该流程图可看出，刚上电时，S3C44B0 x 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 本科生毕业论文（设计）题目 7 7 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。 3.2 关键代码关键代码 LCD 液晶屏初始化：液晶屏初始化： void lcd_init(void) rDITHMODE = 0 x12210; rDP1_2= 0 xa5a5; rDP4_7= 0 xba5da65; rDP3_5= 0 xa5a5f; rDP2_3 = 0 xd6b; rDP5_7 = 0 xeb7b5ed; rDP3_4= 0 x7dbe; rDP4_5 = 0 x7ebdf; rDP6_7 = 0 x7fdfbfe; / disable,8B_SNGL_SCAN,WDLY=16clk,WLH=16clk, rLCDCON1= (0 x0)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR12); / LINEBLANK=10 (without any calculation) rLCDCON2 = (LINEVAL)|(HOZVAL_COLOR10)|(1021); rLCDCON3 = 0; / 256-color, LCDBANK, LCDBASEU rLCDSADDR1 = (0 x322)1); rLCDSADDR2=M5D(unsigned int)g_unLcdActiveBuffer+(SCR_XSIZE*LCD_YSIZE)1) | (MVAL21);、 rLCDSADDR3 = (LCD_XSIZE/2) | ( (SCR_XSIZE-LCD_XSIZE)/2)9 ); /The following value has to be changed for better display. rREDLUT =0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000 rGREENLUT=0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000 rBLUELUT =0 xfb40; / 1111 1011 0100 0000 rLCDCON1=(0 x1)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR 12); rPDATE=rPDATE lcd_clr(); 嵌入式系统期末大作业 8 LCDLCD显示温度湿度代码：显示温度湿度代码： /- /显示温度湿度 /- void word_view320 x240 x256(UINT8T *pBuffer) UINT32T i, j; UINT32T *pView = (UINT32T*)g_unLcdActiveBuffer; for (i = 0; i SCR_XSIZE * SCR_YSIZE / 4; i+) *pView = (*pBuffer) 24) + (*(pBuffer+1) 16) + (*(pBuffer+2) 8) + (*(pBuffer+3); pView+; pBuffer += 4; 相应温度处理与转换子程序：相应温度处理与转换子程序： /存放读取到的当前温度值，未转换 static U16 a-temp-now8=8*0 /存放经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=0 x00; /存放数的符号，若为正=0；若为负，=0 xff U8 j=0; U8 *pt=temp-convent-all; U16 *p1=a-temp-now; U16 *p3=b-temp-now; U16 temp=0; 本科生毕业论文（设计）题目 9 9 for(j=0;j8;j+) negative =0 x00; temp=*p1; /若温度为负值，进行相应处理 if(temp break; case 0 x3f: /精度为10位,则清除最低2位无效位 temp=temp break; case 0 x5f: /精度为11位,则清除最低1位无效位 temp=temp break; case 0 x7f: /精度为12位 break; /换算成实际温度,并扩大10倍,去掉小数部分 嵌入式系统期末大作业 10 temp=(U16)(float)(temp)*0.625); /折算放入b-temp-now 数组中 /高8位放整数部分，低8位放小数部分，最高位放符号位 if(negtive= 0 xff) /若为负值 *p3=(temp/10)8)|(temp%10)|0 x8000; else *p3=(temp/10)0;j-) *p1+=0 x0; 本科生毕业论文（设计）题目 1111 第第 4 章章 实验结果及结果分析实验结果及结果分析 4.1 实验结果实验结