嵌入式系统设计实例PPT课件VIP

-，1，CHAMBER，嵌入式系统设计示例-远程温度监控系统，-2，本章概述，1，3，2，5，4，嵌入式系统开发过程，系统定义阶段，系统集成阶段，总体设计阶段，结构设计阶段，-3，系统详细设计，硬件详细设计，引导和操作系统移植，驱动程序设计，软件详细设计，应用程序设计和调试，系统集成和测试，组件选择，电路板设计和制造，电路板测试，1，嵌入式系统开发过程，-4，2，系统定义系统定义阶段需要确定系统开发的最终目标、实现目标的可行性、为实现目标而采取的策略、估计完成系统开发所需的资源和成本，以及制定项目进度。 这一阶段的工作主要包括：系统定义、可行性分析、需求分析和规范、5、2、系统定义阶段、1、系统定义示例：远程温度监控系统的设计要求(注：设计要求一般由用户提出并形成文件)。这是项目的来源。设计要求应尽可能详细，不得含糊不清。)在工业场所，有必要控制厂房的温度。需要收集现场温度信号，可通过控制现场排气扇或加热器来控制。具体要求如下：(1)现场温度可控范围为10-60，可设定具体温度。(2)排风扇功率为500瓦，加热器功率为3千瓦，均为交流220伏电源。(3)要求有一个可以连接到微型计算机的远程通信接口。(4)现场温度、排气扇和加热器的工作情况可在微机上观察。(5)所需温度可由微机设定。(6)仪表可以通过简单的按键显示当前温度并设置所需的温度。本文的主要内容如下：1 .引言1.1写作目的1.2背景1.3定义1.4参考资料2。可行性研究的先决条件2.1 2.2目标2.3条件、假设和限制2.4方法2.5评估方法和等级3。现有系统分析3.1处理流程和数据流所需的人员3.2 3设备3.4限制，4。提议的系统4.1提议的系统的描述4.2处理流程和数据流4.3改进4.4影响4.5技术条件的可能性5。替代系统方案6。投资和效益分析6.1项目预算6.2效益分析7。社会因素的可能性。结论2。可行性分析实例：远程温度监控系统的可行性分析，-7，2。系统定义阶段，3。需求分析示例：对于远程温度监控系统，需求分析是分析设计需求，确定各种需求的可行性和相应的实现方法。通过需求分析，我们可以确定要实现的功能、实现的程度、技术指标等。需求可以分为功能性和非功能性部分。非功能性需求包括性能、价格、物理尺寸和重量、功耗和其他因素。建议用统一建模语言建立模型，并对其进行准确描述。(1)温度检测：温度的可控范围为10-60，因此其检测范围相对较小，可确定为0-100，测量范围可用普通热电阻实现。测量精度未在要求中提及，可与用户特别商定。假设控制精度要求在1以内，测量精度至少应为控制精度的两倍，即0.5。因此，测量范围为0100，测量精度为0.5。测量可以用8位模数转换器实现。(2)温度控制的实现：冷却措施是排气扇；加热措施是加热器。排气扇或加热器的控制方法相对简单，只要控制电源的开或关。这可以通过继电器来实现。继电器的输出功率应比被控对象的功率大一倍，这样更安全：排气扇控制继电器至1kw；加热器控制继电器6kw。也就是说，继电器的输出参数是：排气风扇控制继电器(空调220伏，5A)；加热器控制继电器(AC220V，30A)。从控制的角度来看，被控制的对象是房间的温度。根据房间的大小，控制对象具有大的时间延迟和大的时间常数。因此，有必要通过实际测量来确定控制周期，从而确定信号的测量周期。这里省略了这一步。假设测量和控制周期为1分钟。(3)通信方式的确定：在工业领域，有多种通信方式可供选择。考虑到经济性和可靠性，可采用RS485通信方式。这样，与微型计算机的连接就相对方便了。在微机端，可以选择RS485/232转换器。通信速率可以更低，例如9600bps，因为通信数据越来越少。-11，2，系统定义阶段，3，需求分析示例：远程温度监控系统，(4)存储要求：在用户的设计要求中，没有明确的存储要求。然而，从使用的角度来看，设定的温度应该需要储存。这个值可以存储在微型计算机或仪表中。从设计的角度来看，为了简化仪器的设计，仪器通常可能不具有存储功能。因此，数值应该存储在微机上。另外，考虑到温度曲线也可以保存，而且温度曲线的数据量很大，不适合保存在仪器中，所以也需要保存在微机中。-12，2，系统定义阶段，3，要求分析示例：远程温度监控系统，(5)其他接口要求：要求温度显示功能。因为只需要显示数字信息，并且可以用两位十进制数字显示，所以可以使用两个发光二极管数码管。关键设计：有必要设定温度。为了简化按键，只能设置“两个按键”来将设定温度加1或减1。请注意，可设定的温度范围应控制在10-60。总体设计是设计的第一步。其目的是描述系统如何实现由系统定义定义的那些功能。需要解决嵌入式系统的总体框架，从功能实现上划分软硬件。在此基础上，选择处理器和基本接口设备。根据系统的复杂性确定是否使用操作系统以及选择哪种操作系统；此外，还需要选择系统的开发环境和软件系统的总体架构设计。根据以上分析，现场仪表功能相对简单，单片机完全可以满足设计要求，相对经济。建议用89C51单片机来完成上述功能。从学习和可扩展性的角度出发，采用ARM uC/OS来实现。通过这种方式，可以扩展设计以实现更复杂的功能。远程温度监控系统的硬件设计方案由ARM设计，硬件系统一般由核心板扩展板实现。这样，设计更简单，可靠性更高。选择了单片机2410ARM9核心板，只需在外围扩展以下电路：(1)温度传感器信息和模数输入的调理和放大：由于单片机2410已经有了模数转换器，只需将温度信号放大到05V，送到模数转换器。(2)继电器输出电路：两个继电器分别由两个数字输出信号控制。考虑到SC2410的GPIO端口负载能力有限，需要三极管放大来驱动继电器。此外，加热继电器的输出电流相对较大，这可能需要通过中间继电器进一步放大。-、16、3、总体设计阶段，2、远程温度监控系统的硬件设计方案，(3)通信接口：核心板已经有UART接口，只要接口上增加RS485驱动即可。RS485的驱动程序是MAX485芯片。为了提高可靠性，可以考虑隔离光耦合器。(4)发光二极管接口：两个7段数码管就足够了。因为只有两个发光二极管，所以GPIO端口通过静态显示直接用于连接它们。(5)按键：只有两个按键可以直接连接到两个GPIO的输入引脚。(6)电源：计算整机功耗，设计电源。核心板：5V，500毫安：5伏，200毫安继电器输出：200毫安(估计值)其他：300毫安因此，整体需要5V，1.2A。一般来说，确保电源工作在满负荷的70%左右是合理的。因此，选择5V 2A DC电源。远程温度监控系统的软件系统设计方案采用uCOS嵌入式操作系统。采用多任务编程方法。根据需求分析，系统要完成的任务可分为：(1)温度定时采样：温度值应在一定的时间间隔内采集。时间是1分钟。通常情况下，采集的信号需要滤波，因此可以采用如下方法：连续采样10次，去除最大值和最小值，其余取平均值。这10个样本之间的间隔可以确定为100毫秒。(2)控制动作的执行：需要获得当前温度值和设定值。根据两者之间的差异，决定温度应该升高还是降低。考虑到温度控制的长时间延迟，需要一定的延迟处理。这与控制理论有关，可参考相关文件。18、3、总体设计阶段，3、远程温度监控系统软件系统设计方案，3、通信任务：制定相应的通信协议，完成与微机的通信。建议参考Modbus协议。(4)按键和显示任务：当有按键时，显示设定值，进行加减运算。如果5秒内没有按键，当前温度值将恢复。为了传输数据，上述任务之间需要一些通信。例如，温度设置与任务2、3和4相关。请自己分析任务之间的交流。(1)硬件系统设计，(1)设计方法：基于制造商提供的电路(实验盒或开发板)并被切割或修改。(2)从核心板开始，构建核心板的外围电路：供电系统发光二极管显示电路关键接口电路RS485通信电路温度信号调理和检测电路，-20，4，详细设计阶段，1，硬件系统设计，(3)供电系统考虑核心板需要3.3VDC直流，而一些外围电路，如RS485通信、温度信号检测等。需要5VDC，因此，5VDC需要外部供电。然后降压模块用于产生3.3伏直流电、-、21、4。详细设计阶段，1。硬件系统设计。考虑4)可以直接使用RS485电路，因为在实验箱上有相应的电路。考虑到远程传输，最好使用隔离的485电路。因此，应该增加一个光电隔离器。有三个信号要隔离：RXD，TXD，RTS，-，22，4，详细设计阶段，1，硬件系统设计，和5，GPIO接口可用于考虑关键和led数码管电路。GPF是一个相对简单的8位数字输入/输出端口，可以用来连接两个键。GPFA-D都是16位输入/输出接口，可以连接2个LED数码管。数码管的每一部分都应该连接一个电阻来控制流经它的电流。(1)硬件系统设计，(6)温度检测电路参考资料：24，课堂练习和作业，课堂讨论1:整个系统应该设计多少部分？课堂讨论2:完善了系统的功能需求，并写下了详细的功能流程。课堂讨论3:什么是通信协议？为什么使用通信协议？选择通信协议的标准是什么？任务：根据需求分析规范，编写本系统的需求分析规范。-、25、任务安