智能刻划标记机 毕业设计

毕业设计毕业设计毕业设计毕业设计题题题题目目目目智能刻划标记机智能刻划标记机智能刻划标记机智能刻划标记机学学学学院院院院控制科学与工程控制科学与工程控制科学与工程控制科学与工程专专专专业业业业自动化自动化自动化自动化姓姓姓姓名名名名学学学学号号号号指导教师指导教师指导教师指导教师二OO八年六月十三三三三日目目目目录录录录摘摘摘摘要要要要4ABSTRACT51绪绪绪绪论论论论611设计背景612标记的概念及其发展标记机的意义613标记方法发展的历史及现状7131传统标记方法7132现代标记方法714现代标记机的缺点与改进82嵌入式操作系统与嵌入式操作系统与嵌入式操作系统与嵌入式操作系统与ARM微处理器的选择微处理器的选择微处理器的选择微处理器的选择821嵌入式操作系统概述822ARM微处理器的选型10221选型原则11222选择S3C2440A芯片123智能标记刻划机系统总体设计规划智能标记刻划机系统总体设计规划智能标记刻划机系统总体设计规划智能标记刻划机系统总体设计规划1531功能实现总体规划1532系统硬件总体规划1733构建WINDOWSCE50软件开发平台18331安装PLATFORMBUILDER50内核编译软件18332WINDOWSCE50内核编译与SDK生成19333配置VISUALSTUDIO2005软件开发工具204智能标记刻划机硬件电路的设计智能标记刻划机硬件电路的设计智能标记刻划机硬件电路的设计智能标记刻划机硬件电路的设计2141电源供电与复位电路2142键盘电路2443液晶触摸屏电路2544嵌入式处理器接口电路2845存储器模块电路32451NANDFLASH和NORFLASH的比较32451NANDFLASH接口电路34452SDRAM接口电路3546步进电机36464步进电动机概念及类型36465步进电动机控制电路图365智能标记刻划机软件系统的设计智能标记刻划机软件系统的设计智能标记刻划机软件系统的设计智能标记刻划机软件系统的设计3651软件系统的构成3652键盘驱动电路软件设计3753LCD及触摸屏软件设计4154标记控制程序设计4355输入程序设计45551普通数字小键盘输入情况分析45552先进编码方案与触摸屏输入466总结与展望总结与展望总结与展望总结与展望47致谢致谢致谢致谢48参考文献参考文献参考文献参考文献49智能刻划标记机智能刻划标记机智能刻划标记机智能刻划标记机摘摘摘摘要要要要本论文主要介绍了智能标记刻划机的硬件与软件方案的设计。首先对现代标记机的优点与不足之处进行分析，并对现代打标机的输入速度慢，准确度低，操作界面不友好的缺点进行改进，提出基于嵌入式操作系统的智能标记刻划机的硬件与软件设计原理及其嵌入式开发平台的构建方案，从硬件和软件两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计，各部分的程序流程图设计及部分程序编写，并对嵌入式系统所采用的操作系统WINCE内核编译、裁判与移植，把嵌入式系统硬件与软件结合起来，进行部分功能的调试。该设计方案采用的S3C2440A芯片功能强大，性价比高。设计的重点是对改进了标记机的操作界面，采用简单、易用的汉字及各种符号的快捷方便的输入方法，使操作人员操作起来更加方便、快捷，达到了预期的指标。关键词关键词关键词关键词嵌入式输入法WINDOWSCES3C2440ABSTRACTTHEPAPERISMAINLYTOINTRODUCETHEINTELLIGENTMARKSCORINGMACHINEHARDWAREANDTHESOFTWAREPLANDESIGNFIRSTOFALLMODERNMARKEROFTHEMERITSANDDEFICIENCIESINTHEANALYSIS,ANDMODERNMARKINGTHEIMPORTATIONOFLOWSPEEDANDACCURACYOFTHELOW,UNFRIENDLYUSERINTERFACEIMPROVEMENTS,BASEDONTHEEMBEDDEDOPERATINGSYSTEMFORSMARTTAGSDESCRIBEDTHEHARDWAREANDEMBEDDEDSOFTWAREDESIGNPRINCIPLESANDCONSTRUCTIONOFDEVELOPMENTPLATFORM,FROMHARDWAREANDSOFTWAREONTWOASPECTSOFTHEEMBEDDEDSYSTEMDESIGNIDEASANDMETHODS,FOCUSESONTHEHARDWAREPLATFORMFORTHEOVERALLDESIGNOFPROGRAMMES,INCLUDINGTHESELECTIONANDDESIGNOFTHEINTERFACEMODULECIRCUITDESIGN,PARTOFTHEPROCESSFLOWCHARTOFTHEDESIGNANDPREPARATIONPROCEDURES,ANDEMBEDDEDSYSTEMSUSEDBYTHEOPERATINGSYSTEMWINCECORECOMPILER,AMAGISTRATEANDTRANSPLANTATION,EMBEDDEDSYSTEMSCOMBINEHARDWAREANDSOFTWARE,SOMEFEATURESOFDEBUGGINGTHEDESIGNOFCHIPSUSEDINS3C2440APOWERFUL,COSTEFFECTIVETHEDESIGNFOCUSISONIMPROVINGTHETAGOFTHEUSERINTERFACE,USINGASIMPLE,EASYTOUSECHINESECHARACTERSANDVARIOUSSYMBOLSOFTHEFASTANDCONVENIENTINPUTMETHODSOTHATTHEOPERATINGPERSONNELTOOPERATEITMORECONVENIENT,FAST,ACHIEVEDTHEEXPECTEDTARGETKEYWORDSEMBEDDEDINPUTMETHODWINDOWSCES3C24401绪绪绪绪论论论论11设计背景设计背景设计背景设计背景随着现代社会的日益信息化，计算机与网络早已经全面渗透到日常生活的每一个角落。对于我们来说，需要的已经不再仅仅是哪种桌面计算机，而是任何一个人都可能拥有从小到大的各种使用嵌入式技术的电子产品，小到MP3、MP4、MP5、PDA、手机、信息家电等消费数码，大到网络通信、车载电子、工业控制、国防武器等设备。到目前为止，各种新型的嵌入式系统设备的应用领域和数量已经远远超过了通用计算机，因此说我们是生活在一个充满嵌入式系统的世界中，这是毫不夸张的。嵌入式系统（EMBEDDEDSYSTEM）是当今最热门的技术之一，制作工艺从250NM到32NM,并且2006年ARM的出货量是24亿，2007年ARM的出货量近30亿，预计2010年ARM的年出货量将达到50亿。（参考华清远见的讲座）目前CORTEXA8芯片刚刚面世。它是目前最快的嵌入式处理器，提供超过2000DMIPS的性能（DMIPS全称叫DHRYSTONEMIPS这项测试是用来计算同一秒内系统的处理能力，它的单位以百万来计算，也就是MIPS，DHRYSTONE主要用于测整数计算能力，计算单位就是DMIPS），运行于1GHZ频率，90NMOR65NM制造工艺，功耗小于300MW，NEON媒体处理单元,最高支持D1H264软解码1。从上面的阐述可以看出嵌入式系统的需求量很大，特别是在未来10年嵌入式的需求量达到了巅峰。ARM微处理器因其卓越的低功耗、高性能在32位嵌入式应用中已位居世界第一，是高性能、低功耗嵌入式处理器的代名词。为了顺应当今世界技术革新的潮流，了解、学习和掌握嵌入式技术，就必然要学习和掌握以ARM微处理器为核心的嵌入式开发环境和开发流程。12标记的概念及其发展标记机的意义标记的概念及其发展标记机的意义标记的概念及其发展标记机的意义标记的概念及其发展标记机的意义标记是指通过物理或化学的方法在物体表面产生一定图形或文字的方法。而完成标记所使用的机器称之为标记机2。标记在人们口常生活、生产中起着越来越重要的作用。对于日常消费者来讲，标记已成为其识别和选择商品重要因素。例如对于家电或机械电子产品，人们则把目光聚焦到产品的规格、型号、品牌、商标等方面。对厂家来讲，无论是在成品和半成品的生产过程中对零部件进行有效的管理，还是为了及时而准确地识别产品的零部件，都需要对产品进行标识。所以，厂家主要利用标记完成以下几部分工作（1）利用标记来说明产品的型号、生产厂家的品牌，以利于用户选用。例如在机械产品中常见的轴承。由于轴承的类型很多，国家标准对其进行了不同的划分，给出了不同的代号。在轴承外圈上按国家标准作上型号标记和制造厂家的品牌标记，这样就只需根据轴承外圈上的代号来进行挑选，给用户带来了方便。（2）利用标记进行生产过程管理。随着现代大批量工业化生产的出现。生产节奏加快，生产效率大大提高，生产的产品往往数量庞大，为了完成对产品质量的追踪。在加工时往往对产品进行标记。它可以给生产过程管理带来许多好处。例如我们可以把机床处于某种状态时加工的产品标号存入信息管理系统，当我们需要将此批产品调出时，则可以借助于信息管理系统和产品上的标记来完成，这就避免了产品入库后，无法识别某批产品的问题，提高了效率3。（3）利用标记对产品进行防伪。一是利用标记，使假冒厂家无法仿制，二是厂家可以将产品或其中几个比较重要的部件进行标记，并将编号存入数据库。消费者在购买时，可以进行查询，以辩真伪。（4）利用标记对产品进行质量管理。如利用标记，生产厂家可以在市场中识别自己的产品，可以对其进行质量跟踪检测，并及时把信息反馈回来，技术人员再对这些信息对产品进行调整，使之更具有市场竞争力。13标记方法发展的历史及现状标记方法发展的历史及现状标记方法发展的历史及现状标记方法发展的历史及现状131传统传统传统传统标记方法标记方法标记方法标记方法在标记的发展过程中产生了许多的标记方法，较常见的传统加工方法有手工压模方法和电化学加工方法4。1手工压模法在现代工业出现以前，手工压模是标记行业所采用的是最常见的加工方法，手工压模法是将字模放在要标记的产品表面，利用人工敲打成形。这种方法的局限性在于1只能在软质材料上加工简单图案2劳动强度大，工作效率低3图案的深度只能由工人手工决定，易造成深浅不一，排列不整齐，质量稳定性差4对于在大批量生产过程中要求跟上节拍的快速标记和各种随机的标记则无能为力。但由于其成本低、操作方便，故在需要重复性标记的环境下仍有一定的市场。2电化学加工法电化学加工方法主要利用了电化学阳极蚀刻性。即将要标记的图案塑料薄膜板上制模空心，然后将些塑料板置于要进行标记的产品表面，将板上字模中注入电解液，然后插入电极，通过电化学作用将产品表面在字模处溶解，从而形成标记。这里的电解液为酸溶液或盐溶液。这种方法能对细小图形进行标记，效果好。但在复杂的环境下难以进行。132现代标记方法现代标记方法现代标记方法现代标记方法随着计算机技术、自动控制技术、传动技术及CAD技术的发展，标记设备采用自动控制方式已成为主流，自动打标技术目前在国内外工业上的应用正被人们逐渐重视，各种新型的打标系统层出不穷，它以其独特的优点正在取代传统的标记方法。现在的标记方法又主要分为激光标记和气动标记方法两种。1激光标记技术激光标记方法是将激光照射到物体的表面，利用激光的高温去除熔化材料或者改变材料的性能，从而在材料的表面标记出所需要的图形或字符。激光标记的优点是N标记速度快，精度高。2非接触式加工，污染小，无磨损。3操作方便，防伪功能强。4可以做到高速自动化运行。但是，激光标记也有其自身难以克服的缺陷1由于激光设备比较敏感，因此，在恶劣的环境中，故障率大。2打印深度浅，特别是对激光吸收较差的有色金属。3设备价格昂贵。4由于需要冷却系统，设备体积一般比较大5。2气动标记技术气动标记技术是用气动标记设备控制打印针头按照编辑好的字符或图形轨迹运动，同时控制高压气体高频冲击打印针，在工件表面形成由密集点阵组成的字符或图形。它可打标任意字符、图形、商标图案等。气动标记机具有如下的一些优点1标记速度中等，对标记材料没有特殊要求。2抗干扰能力强，能够在恶劣的环境下正常工作。3由于用气体作为动力源，生产成本底，无污染，并且可以方便的向小型化方面发展。特别适合速度要求较快的流水线生产场合。但是其缺点在于噪音大，打印头要和被打标物体表面接触容易磨损，精度没有激光标记高。可以看出，激光标记和气动标记各有优点和其适用范围，本系统主要是要向小型化方向发展，同时要求价格便宜和抗干扰能力强，所以选择了气动标记技术。14现代标记机的缺点与改进现代标记机的缺点与改进现代标记机的缺点与改进现代标记机的缺点与改进现代标记机大多采用功能简单的单片机作为控制芯片，只能进行简单的汉字、字符的输入输入速度差，操作界面很差，操作起来极不方便，输入速度与准确性远不能满足工业上实时打标的要求。改进之处改进之处改进之处改进之处1汉字输入重码少，可进行词组输入，可以十分方便的输入各种特殊符号（例如）与其他国家的字母（例如）。2进行汉字、数字、英语字母、特殊符号（如标点符号）输入时，可以不需要切换，真正做到快捷、方便、高效的输入信息的目的。尤其适合于文字数字信息处理的终端设备，可以进行多元符号信息（文字、数字、英语、外国字母、标点符号、特殊符号）的快速、便捷的输入。3可以使用触摸屏输入，使用更加方便、快捷、可靠。更能适应工业生产要求较高的场合。4该设备使用轻便、操作简单、便于携带，适用于机动及野外作业，并能进行大型工件标记及异地标记符号的修改工作。特别适用于车架、车身、发动机、铭牌及其他零部件的标识。5通过引入先进的算法，步进电机运行精度有了较大提高。2嵌入式操作嵌入式操作嵌入式操作嵌入式操作系统系统系统系统与与与与ARM微处理器的选择微处理器的选择微处理器的选择微处理器的选择21嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统概述概述概述概述嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义嵌入式系统大多被定义为以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统6。电气工程师协会的定义似乎更权威一些嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模系统的设备7。事实上，在大多数情况下，嵌入式系统是真正的被嵌入，即它们是“系统中的系统”。嵌入式系统在功能上是独立的系统，例如网络路由器是独立的嵌入式系统，它由特殊的通信处理器、内存、许多网络端口以及实现包的路由算法的特殊软件组成。嵌入式系统的最大特点是其所具有的目的性或针对性，即每一套嵌入式系统的开发设计都有其特殊的应用场合与特定功能，这也是嵌入式系统与通用的计算机系统最主要的区别。另外，嵌入式技术与实时性有着天然的联系由于嵌入式系统是为特定的目的而设计的，且常常受到空间、成本、存储、带宽等条件的限制，因此，它必须最大限度地在硬件上和软件上“量身定做”以提高效率，这样的结果最终导致了实时性的增强。嵌入式系统的主要特点嵌入式系统的主要特点嵌入式系统的主要特点嵌入式系统的主要特点（1）嵌入式系统通常是面向特定应用的。嵌入式CPU与通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。（2）嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。（3）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的系统程序（包括操作系统）和应用程序是浑然一体的，这些程序被编译连接成一个可以执行的二进制映像文件，然后被固化在系统存储空间中。（4）嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中的大部分程序功能进行修改的，所以嵌入式系统的开发系统和实际运行系统并不是同一个，需要交叉编译系统和适当的调试系统。（5）高可靠性和高实时性。即在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；同时对于特殊的信号、消息、中断有极高的响应。嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展1嵌入技术的早期阶段以功能简单的专用计算机或单片机为核心的可编程控制器的形式存在，具有监测、伺服、指示等功能。这种系统大部分应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，早期系统中一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是系统结构和功能都相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口，比较适合于各类专用领域中。2以嵌入式CPU和嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统这一阶段系统的主要特点是出现了高可靠、低功耗的嵌入式微处理器，如POWERPC，ARM等，各类商业嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展，嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好操作系统内核精巧、效率高，并具备高度的模块化和扩展性具备文件和目录管理、多种设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能具备大量的应用程序接口API,开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富8。3以芯片技术和INTERNET技术为标志的嵌入式系统微电子技术发展迅速，SOC片上系统使嵌入式系统越来越小，功能却越来越强。目前大多数嵌入式系统还孤立于INTERNET之外，但随着INTERNET的发展以及INTERNET技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式技术与INTERNET技术的结合正推动嵌入式技术的快速发展，近几年嵌入式系统的技术发展有了以下显著的变化9（1）新的处理器越来越多，一方面，嵌入式操作系统自身结构的设计更易于移植，以便在短时间内支持更多种微处理器另一方面，系统应能使用驱动程序开发与配置环境，造就一个新的BSP板级支持包和驱动程序结构，以适应微处理器不断升级变化所产生的需求。（2）开放源码之风已波及嵌入式操作系统厂家。数量相当多的嵌入式操作系统厂家出售产品时，就附加了源程序代码并含生产版税。（3）后PC时代更多的产品使用嵌入式操作系统，它们对实时性要求并不高，如手持设备等。微软公司的WINCE，PALMOS，JAVAOS等产品就是顺应这些应用而开发出来的。值得注意的是随着INTERNET及芯片技术的快速发展，消费电子产品的需求日益扩大，原来只关注实时操作系统市场的厂家纷纷进军消费电子产品市场，推出了各自的解决方案，使嵌入式操作系统市场呈现出相互融合的趋势。（4）电信设备、控制系统要求的高可靠性，对嵌入式操作系统提出了新的要求。（5）各类通用机上使用的新技术、新观念正逐步移植到嵌入式系统中，如移动数据库、移动代理等，嵌入式操作系统也出现了基于面向对象的分布式技术，如实时CORBA、嵌入式CORBA，嵌入式软件平台正逐步形成。（6）各种嵌入式（如LINUX）操作系统正迅速发展，已经形成了能与WINDOWSCE等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。嵌入式LINUX操作系统的迅速崛起，主要由于人们对自由软件的渴望与嵌入式系统应用的特制性，要求提供系统源码层次上的支持，而嵌入式LINUX正适应了这一需求，它具有开放源代码，系统内核小、效率高、内核网络结构完整等特点，裁减后的系统很适于如信息家电等嵌入式系统的开发。（7）面向定制趋势，在系统级整合改造并支持应用特制的性能，即在定制的或商品化的硬件上提供高性能和高可靠性系统服务，将操作系统的功能和内存需求定制成每个应用所需的系统，这同时也对嵌入式系统的设计提出了挑战。（8）嵌入式系统的多媒体化和网络化方向趋势，特别是INTERNET与无线网络的结合。（9）基于知识的嵌入式系统也已开始出现上述变化预示嵌入式系统将进入一个快速发展时期，在不久的将来，嵌入式系统应用将越来越多样化，它不仅仅局限于传统的控制领域，将广泛应用于信息家电、工业、农业、商业、服务业等各行业，而且将渗透到社会和家庭的各个角落。WINDOWSCE操作系统的优点是模块化及可伸缩性、实时性能好，通信能力强大，支持多种CPU。从操作系统内核的角度看，WINDOWSCE具有灵活的电源管理功能，包括睡眠唤醒模式。在WINDOWSCE中，还使用了对象存储OBJECTSTORE技术，包括文件系统、注册表及数据库。它还具有很多高性能、高效率的操作系统特性，包括按需换页、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆HEAP等。WINDOWSCE拥有良好的通信能力。它广泛支持各种通信硬件，亦支持直接的局域网连接以及拨号连接，并提供与PC、内部网以及INTERNET的连接，包括用于应用级数据传输的设备至设备间的连接。在提供各种基本的通信基础结构的同时，WINDOWSCE还提供与WINDOWS9XNT的最佳集成和通信。WINDOWSCE的图形用户界面相当出色。它拥有基于MICROSOFTINTERNETEXPLORER的INTERNET浏览器，此外，还支持TRUETYPE字体。开发人员可以利用丰富灵活的控件库在WINDOWSCE环境下为嵌入式应用建立各种专门的图形用户界面。WINDOWSCE甚至还能支持诸如手写体和声音识别、动态影像、3D图形等特殊应用。由于WINDOWSCE操作系统的上述优点，所以选择它作为智能标记刻划机的嵌入式操作系统。22ARM微处理器的微处理器的微处理器的微处理器的选选选选型型型型ARM简介简介简介简介ARM微处理器是一种16位/32位高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微处理器，目前已经成为应用最广泛的嵌入式微处理器。ARM（ADVANCEDRISCMACHINES），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年11月ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面10。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场11。ARM微处理器的应用领域微处理器的应用领域微处理器的应用领域微处理器的应用领域到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域121、工业控制领域作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。2、无线通讯领域目前已有超过85的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。3、网络应用随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。4、消费类电子产品ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。5、成像和安全产品现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。采用采用采用采用RISC架构的架构的架构的架构的ARM微处理器一般微处理器一般微处理器一般微处理器一般具有如下特点具有如下特点具有如下特点具有如下特点1体积小、低功耗、低成本、高性能；2支持THUMB（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3大量使用寄存器，指令执行速度更快；4大多数数据操作都在寄存器中完成；5寻址方式灵活简单，执行效率高；6指令长度固定；鉴于ARM微处理器的众多优点，随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展，ARM微处理器必然会获得广泛的重视和应用。但是，由于ARM微处理器有多达十几种的内核结构，几十个芯片生产厂家，以及千变万化的内部功能配置组合，给开发人员在选择方案时带来一定的困难，所以，对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。221选型原则选型原则选型原则选型原则以下从应用的角度出发，对在选择ARM微处理器时所应考虑的主要问题做一些简要的探讨。（1）ARM微处理器微处理器微处理器微处理器内核的选择内核的选择内核的选择内核的选择从前面所介绍的内容可知，ARM微处理器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域，用户如果希望使用WINCE或标准LINUX等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU（MEMORYMANAGEMENTUNIT）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、STRONGARM都带有MMU功能。而ARM7TDMI则没有MMU，不支持WINDOWSCE和标准LINUX，但目前有UCLINUX等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上，UCLINUX已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上，并在稳定性和其他方面都有上佳表现。（2）系统的工作频率系统的工作频率系统的工作频率系统的工作频率系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为09MIPS/MHZ，常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHZ133MHZ，ARM9系列微处理器的典型处理速度为11MIPS/MHZ，常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHZ233MHZ，ARM10最高可以达到700MHZ。不同芯片对时钟的处理不同，有的芯片只需要一个主时钟频率，有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。（3）芯片内存储器的容量芯片内存储器的容量芯片内存储器的容量芯片内存储器的容量大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器，但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间，如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间，用户在设计时可考虑选用这种类型，以简化系统的设计。（4）片内外围电路的选择片内外围电路的选择片内外围电路的选择片内外围电路的选择除ARM微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，我们称之为片内外围电路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等，设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样既可简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。222选择选择选择选择S3C2440A芯片芯片芯片芯片S3C2440A芯片简介芯片简介芯片简介芯片简介三星公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A,为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。为了降低整体系统成本，S3C2440A提供了一下丰富的内部设备S3C2440A采用了ARM920T的内核，013UM的CMOS标准宏单元和存储器单元。其低功耗，简单，优雅，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构ADVANCEDMICROCONTROLLERBUSARCHITECTUREAMBA。S3C2440A的杰出的特点是其核心处理器CPU，是一个由ADVANCEDRISCMACHINES有限公司设计的16/32位ARM920T的RISC处理器。ARM920T实现了MMU，AMBABUS和HARVARD高速缓冲体系结构构。这一结构具有独立的16KB指令CACHE和16KB数据CACHE。每个都是由具有8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设，S3C2440A减少整体系统成本和无需配置额外的组件。综合对芯片的功能描述,本手册将介绍S3C2440A集成的以下片上功能12V内核供电,18V/25V/33V存储器供电，33V外部I/O供电具备16KB的ICACHE和16KBDCACHE/MMU微处理器外部存储控制器SDRAM控制和片选逻辑LCD控制器（最大支持4K色STN和256K色TFT）提供1通道LCD专用DMA。4通道DMA并有外部请求引脚。3通道UARTIRDA10,64字节TXFIFO，和64字节RXFIFO2通道SPI1通道IICBUS接口（多主支持）1通道IISBUS音频编解码器接口AC97解码器接口兼容SD主接口协议10版和MMC卡协议211兼容版。2端口USB主机/1端口USB设备（11版）4通道PWM定时器和1通道内部定时器/看门狗定时器8通道10比特ADC和触摸屏接口具有日历功能的RTC相机接口（最大40964096像素的投入支持。20482048像素的投入，支持缩放）130个通用I/O口和24通道外部中断源。具有普通，慢速，空闲和掉电模式。具有PLL片上时钟发生器S3C2440A特性特性特性特性如下如下如下如下体系结构体系结构体系结构体系结构为手持设备和通用嵌入式应用提供片上集成系统解决方案16/32位RISC体系结构和ARM920T内核强大的指令集加强的ARM体系结构MMU用于支持WINCE,EPOC32和LINUX指令高速存储缓冲器（ICACHE），数据高速存储缓冲器（DCACHE），写缓冲器和物理地址TAGRAM减少主存带宽和响应性带来的影响采用ARM920TCPU内核支持ARM调试体系结构内部高级微控制总线（AMBA）体系结构AMBA20，AHB/APB系统管理器系统管理器系统管理器系统管理器支持大/小端方式支持高速总线模式和异步总线模式寻址空间每BANK128M字节（总共1G字节）支持可编程的每BANK8/16/32位数据总线带宽从BANK0到BANK6都采用固定的BANK起始寻址BANK7具有可编程的BANK的起始地址和大小8个存储器BANK其中6个适用于ROM,SRAM,和其他另外2个适用于ROM/SRAM和同步DRAM所有的存储器BANK都具有可编程的操作周期支持外部等待信号延长总线周期支持掉电时的SDRAM自刷新模式支持各种型号的ROM引导（NOR/NANDFLASH，EEPROM，或其他）NANDFLASH启动引导启动引导启动引导启动引导支持从NANDFLASH存储器的启动采用4KB内部缓冲器进行启动引导支持启动之后NAND存储器仍然作为外部存储器使用支持先进的NANDFLASHCACHE存储器存储器存储器存储器64项全相连模式，采用ICACHE16KB和DCACHE16KB每行8字长度，其中每行带有一个有效为和两个DIRTY位伪随机数或轮转循环替换算法位采用写穿式（WRITETHROUGH）或写回式（WRITEBACK）CACHE操作来更新主存储器写缓冲器可以保存16个字的数据和4个地址时钟和电源管理时钟和电源管理时钟和电源管理时钟和电源管理片上MPLL和UPLL采用UPLL产生操作USB主机/设备的时钟MPLL产生最大400MHZ13V操作MCU所需要的时钟通过软件可以有选择性的为每个功能模块提供时钟电源模式正常，慢速，空闲和掉电模式正常模式正常运行模式慢速模式不加PLL的低时钟频率模式空闲模式只停止CPU的时钟；掉电模式所有外设和内核的电源都切断了；可以通过EINT150或RTC报警中断来从掉电模式中唤醒处理器中断控制器中断控制器中断控制器中断控制器60个中断源（1个看门狗定时器，5个定时器，9个UARTS，24个外部中断，4个DMA,2个RTC，2个ADC,1个IIC,2个SPI,1个SDI,2个USB,1个LCD,和1个电池故障，1个NAND和2个CAMERA,1AC97音频电平/边沿触发模式的外部中断源可编程的边沿/电平触发极性支持为紧急中断请求提供快速中断服务具有脉冲带宽调制功能的定时器具有脉冲带宽调制功能的定时器具有脉冲带宽调制功能的定时器具有脉冲带宽调制功能的定时器PWM4通道16位具有PWM功能的定时器，1通道16位内部定时器，可基于DMA或中断工作可编程的占空比周期，频率和极性能产生死区支持外部时钟源RTC（实时时钟实时时钟实时时钟实时时钟）全面的时钟特性秒、分、时、日期，星期，月和年；32768KHZ工作具有报警中断具有节拍中断通用I/O端口24个外部中断端口130个多功能输入/输出端口DMA控制器控制器控制器控制器4通道的DMA控制器；支持存储器到存储器，IO到存储器，存储器到IO和IO到IO的传输采用触发传输模式来加快传输速率LCD控制器控制器控制器控制器STNLCD显示特性显示特性显示特性显示特性支持3种类型的STNLCD显示屏4位双扫描，4位单扫描，8位单扫描显示类型支持单色模式、4级、16级灰度STNLCD、256色和4096色STNLCD支持多种不同尺寸的液晶屏LCD实际尺寸的典型值是640480，320240，160160及其他最大虚拟屏幕大小是4M字节256色模式下支持的最大虚拟屏是40961024，20482048，10244096等TFT彩色显示屏彩色显示屏彩色显示屏彩色显示屏支持彩色TFT的1，2，4或8BBP像素每位调色显示支持16，24BBP无调色真彩显示TFT在24BBP模式下支持最大16M色TFTLPC3600定时控制器，为嵌入式LTS350Q1PD1/2（SAMSUNG35“PORTRAIT/256KCOLOR/REFLECTIVEASITFTLCD）LPC3600定时控制器，为嵌入式LTS350Q1PE1/2（SAMSUNG35”PORTRAIT/256KCOLOR/TRANSFLECTIVEASITFTLCD）支持多种不同尺寸的液晶屏典型实屏尺寸640480，320240，160160及其他最大虚拟屏大小4M字节64K色彩模式下最大的虚拟屏尺寸为20481024及其他UART3通道UART，可以基于DMA模式或中断模式工作支持5位，6位，7位或者8位串行数据发送/接收支持外部时钟作为UART的运行时钟（UEXTCLK）可编程的波特率支持IRDA10具有测试用的还回模式每个通道都具有内部64字节的发送FIFO和64字节的接收FIFO基于S3C2440A处理器的非常高的性价比（单片50元左右），各种功能都比较齐全，支持操作界面友好的WINDOWSCE嵌入式操作系统,并且它可以支持直接从NANDFLASH启动，省去NORFLASH存储器，使系统更加小巧便携，降低成本，所以选择该芯片作为核心处理器芯片。3智能标记刻划机系统总体智能标记刻划机系统总体智能标记刻划机系统总体智能标记刻划机系统总体设计设计设计设计规划规划规划规划31功能实现总体规划功能实现总体规划功能实现总体规划功能实现总体规划功能需求分析功能需求分析功能需求分析功能需求分析对于一个嵌入式系统而言，系统软件一般包括4个层面设备驱动层、操作系统层、应用程序接口API层、实际应用程序层。对嵌入式软件来说除了满足以上基本要求外，应用系统对嵌入式软件还要求体积小、执行速度快、具有较好的可裁减性和可移植性因此，嵌入式软件操作平台的选择就显得至关重要。本文所研究与设计的标记刻划机系统是基于嵌入式操作系统WINCE50开发的人机界面友好的系统。系统所要实现的主要功能就是对加工信息的预处理及传输，精确地控制步进电机的运行，工作过程中利用LCD实时显示加工信息，完成标记刻划任务。图31系统总体功能结构图32系统硬件系统硬件系统硬件系统硬件总体规划总体规划总体规划总体规划图32系统硬件结构示意图33构建构建构建构建WINDOWSCE50软件开发平台软件开发平台软件开发平台软件开发平台331安装安装安装安装PLATFORMBUILDER50内核编译软件内核编译软件内核编译软件内核编译软件图33安装PB50选择支持指令图在定制安装中选择您所需要的系统平台,对基于S3C2440的用户来说，请一定要安装ARMV4I两个选项，点“NEXT“继续。332WINDOWSCE50内核编译与内核编译与内核编译与内核编译与SDK生成生成生成生成图34“PLATFORM”菜单的“SDK”选项图点击“PLATFORM”菜单的“SETTINGS”选项或者右键点击“S3C2440FEATURES”后出现的“SETTINGS”选项，继续图35“CPU”配置页面图一定要选择支持的是ARMV4I333配置配置配置配置VISUALSTUDIO2005软件开发工具软件开发工具软件开发工具软件开发工具图36新建一个项目图在VS2005新建一个项目，命名为HELLOWORLD。选择“智能设备”“WINCE50”，再选择“设备应用程序”模块。图37选项设备属性选项图单击上图中的“属性P”，进行属性设置。4智能标记刻划机智能标记刻划机智能标记刻划机智能标记刻划机硬件电路的设计硬件电路的设计硬件电路的设计硬件电路的设计41电源供电与复位电路电源供电与复位电路电源供电与复位电路电源供电与复位电路123CN1DC_JACKS1SWSPDT1H1CON11H2CON11H4CON11H3CON1C49220UFC4201UFA1K2D310AL1100UHVDD5VVDD12VC50220UFC4301UFVIN1GND3ON5OUT2FB4GND6U5LM257612BLCON2GNDVDD12V图385V直流稳压电路在该输出5V直流稳压电路中采用的LM2576是降压型开关稳压器，LM2576具有非常小的电压调整率和电流调整率，LM2576具有3A的负载驱动能力，LM2576能够输出33V、5V、12V、15V的固定电压和电压可调节的可调电压输出方式。LM2576应用时比较简单且外围元件较少，LM2576内置频率补偿电路和固定频率振荡器。LM2576系列产品的开关频率为52KHZ，所以应用时可以使用小尺寸的滤波元件。LM2576可以高效的取代一般的三端线性稳压器，LM2576能够充分的减小散热片的面积，LM2576在一些应用条件下甚至可以不使用散热片。在规定的输入电压和输出负载的条件下，LM2576输出电压的误差范围为4；振荡器的振荡频率误差范围为10；典型的待机电流为50A，芯片内置过流保护电路和过热保护电路。开关电压调节器LM2576的特点介绍33V、5V、12V、15V的固定电压输出和可调节电压输出可调节电压输出的范围为123V到30V，其线性调整率和负载调整率最大可以有4的误差。负载电流达到3A输入电压达到36V只需四个外围元件内置固定频率为52KHZ的振荡器高效率内置过热保护电路和过流保护电路POWERREDR1330VDD33VC910UFC1210UFC3100NFC7100NFVDD33VVDD5VVIN1GND2VOUT3NC4U4LM111733图3933V直流稳压电路在该输出33V直流稳压电路中采用的LM1117是一个低压差电压调节器。其压差在12V输出，负载电流为800MA时为12V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现125138V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（18V、25V、285V、33V和5V）的型号。LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在1以内。LM1117系列具有LLP、TO263、SOT223、TO220和TO252DPAK封装。输出端需要一个至少10UF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。LM1117低压差电压调节器LM2576的特性介绍提供18V、25V、285V、33V、5V和可调电压的型号节省空间的SOT223和LLP封装电流限制和热保护功能输出电流可达800MA线性调整率02MAX负载调整率04MAX温度范围LM11170125OUT1IN2GND3OUT4SET5CC6/SHDN7/FAULT8U3MAX8860EUA18C3901UFC1333NF/63VR33101R32100K1C410UF/10VVDD33VR310C1110UF/10VVDD125V稳稳125V内内内内图310S3C2440A芯片125V直流稳压电路ARM芯片内核稳压器件MAX8860是一个低噪声，低压差线性稳压管，输出从25V至65V的投入和保证提供300MA。典型的输出噪声为这个装置是60VRMS，和典型负载电流是105MV200MA。6个可预置输出电压（18V，25V，277V，282V，3V和33V），双模式功能允许器件配置成一个电压可调输出，从125至65V。MAX8860具有较低的120A的电源电流。输出故障检测电路，显示的损耗，逻辑控制停机模式，短路和热关机保护，反向电流保护特性。12VCC14GND7U21A74HC14RESETNRESET1TP2CON1VDD33VRSTSWPB11223344U9MAX811R2470VDD33VC34104图311复位电路复位逻辑电路如上图，图45所示。当引脚NRESET连接到CPU的复位端，上电或手动复位时，复位电路就可以在NRESET产生大于10MS的复位电平，保证系统可靠复位；JTAG电路的复位引脚NTREST通过47K电阻和NREST连接，通过JTAG接口也可实现对系统的复位。42键盘电路键盘电路键盘电路键盘电路图312键盘电路图图313键盘示意连接图实现键盘有两种方法一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；二是用软件实现键盘扫描。目前有许多芯片可用来实现键盘扫描，但是键盘扫描的软件实现方法有助于缩减系统的重复开发成本，而只需很少的CPU开销。嵌入式控制器的功能很强，可以充分利用这一资源。设计的键盘电路图如上面所示。43液晶触摸屏电路液晶触摸屏电路液晶触摸屏电路液晶触摸屏电路图314S3C2440A上LCD控制器接口电路图VD9VD23VD5VD7VD4VD11VD18VD2VD15VD13VD16VD22VD21VD10VD12VD3VD0VD1VD19VD17VD8VD6VD20VD14R347KR12B10KDN0T12DP0P13DN1/PDN0N11DP1/PDP0M10XMON/EINT20/GPG12P11NXPON/EINT21/GP