基于ARM的数据采集系统

1、课程实习报告实习名称：嵌入式课稈设计_学生姓名：师凯_学号:专业班级：_指导教师：曹玲玲完成时间：_报告成绩：评阅意见:基于ARM的数据采集系统评阅教师日期目录一、 设计要求.1二、 设计的作用及目的.1三、 课题分析.1四、.系统组成及工作原理2五、 系统硬件设计.25.1硬件设计思路.25.2电源电路设计.35.3基本应用系统.45.4人机接口电路.45.5 A/D采样电路 .55.6 JTAG调试电路 .5六、 系统软件设计 .66.1软件设计思路.66.2软件调试问题分析及解决办法 . 7七、 心得体会及建议 .7八、.参考文献8基于ARM的数据采集系统基于ARM的数据采集系统课程设计

2、一、设计要求1、查阅相尖文献资料，熟悉所选的ARM （S3C44B0）芯片。2、系统硬件设计，熟悉AD转换原理及过程，12864液晶与ARM芯片的硬件接 口实现及显示。3、系统软件设计，包括采集电压的AD转换及显示的软件实现，用C语言编程。二、设计的作用及目的本设计是基于S3C44B0 ARM芯片为主控处理器，实现了电压的实时采集、 传输、处理12864液晶上的显示等功能，并讨论了如何提高系统的速度、可靠性 和可扩展性。并解决了传统的数据采集系统存在的响应慢、精度低、可靠性差等弊 端，能够完全适应现代化工业的高速发展。1、注重培养综合运用所学的知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识

3、和创新能力，并获得科学研究的基础训练。2、了解所选择的ARM芯片各个引脚的功能、工作方式、计数/定时、I/O 口、中 断等相尖原理，并巩固学习嵌入式的相尖内容知识。3、通过软件和硬件的设计，实现利用ARM芯片对模拟量的采集、转换、处理及显7 三、课题分析数据采集（DAQ），是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自 动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是 结合基 于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量 系统。被采集数据是已被转换为电讯号的各不中物理量，如温度、水位、风速、压力 等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是

4、采样方式，即隔一定时间（称采样 周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个 特征值。准确的数据量测是数据采集的基 础。数据量测方法有接触式和非接触式，检 测元件多种多样。不论哪种方法和 元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前 提，以保证数据的正确性。本课程设计研究基于ARM的数据采集系统，通过S3C44B0芯片自带的8路基于ARM的数据采集系统10位A/D转换器对模拟量电压采样，采集的数据由主控芯片处理，送至LCD12864 液晶实时显示。四、系统组成及工作原理本系统采用的是S3C44B0 ARM7系 列主控芯片，由晶振电路和复位电路构 成 了基本应用系统。

5、系统包括AD采样部分（芯片内部自带的8路10位A/D变换 器）、12864液晶显示部分、JTAG在线下载调试部分、电源模块分别给系统提供 CPU内核所需的2.5V电压和芯片所需的3.3V电压及液晶所需的5V电压。本系统通过对电位器电压的变化的采集，由芯片内部自带的8路10位A/D转 换器将模拟量变成数字量通过系统的一系列处理，衽12864液晶上实时显示。图1系统原理框图五系统硬件设计5.15.1硬件设计思路本设计的基于ARM的数据采集系统和显示装置的原理框图如图1所示。有图 可见，本系统采用“电源部分+ARM核心控制模块+电压的采集模块”实现所需的 功能。并考虑到系统的可扩展性和延伸性，本系统

6、采用主从CPU协同工作，实现了电压的实时采集、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。111UN111UN 二7 7111(1111(1S S評基于ARM的数据采集系统5.25.2电源电路设计本系统的电源电路由三部分组成，系统总电源电路和RAM核心模块电源电路 及液晶所需要的电源电路。如图2 ： 220V的交流电经过降压变压器和整流得至（J+12V 恒定直流电源经电容滤波，分别进入7805和7905稳压，得到+5V和5V的稳定电 压输出后分别供给12864液晶显示，然后5V的电压分别经AMS1117- 2.5和 ASM11173.3 25V供给S3C4

7、4B0的内核，转变为3.3V供给S3C44B0的I/O 口 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7905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。图2系统电源电路原理如图2 : I/O 口提供了相应的稳定直流电源。由于S3C44B0采用2.5V作为ARM 内核电源，使用3.3V作为I/O 口电压，故ARM核

8、心控制模块电源需要另外单独设 CQ JC11IL计，其电源电路如图32所示。由系统总电源电路提供的+5V稳压电基于ARM的数据采集系统源作为输入，分别经7805、AS1117-3.3、AS1117-2.5稳压后，输出5.0V、3.3V和2.5V恒定电源，为RAM内 核和I/O 口提供了相应的稳定直流电源5.35.3基本应用系统基本应用系统包括S3C44B0主控芯片、晶振和复位电路。主控芯片控制整 个系 统工作，晶振为系统正常工作提供动力，复位电路使整个系统复位，包括了上电自动 复位和手动复位，复位电路的两种方法的原理都是低电平复位。5.45.4人机接口电路人机接口电路如下图4所示：图3基本应用

9、系统VDI)VDI)BLABLARS/CSRS/CS RW/SIDRW/SID E/CLKE/CLK PSBPSB VSSVSS BLKBLK19194 41361365 513135 56 613134 415152020U1U1B BOATAOOATAODADATATA1 1DATA2DATA2S3C44B0S3C44B0图4 12864液晶显示电路2 2 r r1 1图5电压采样电路原理图基于ARM的数据采集系统人机接口电路负责数据的处理、显示，以及键控模式的切换、参数的设定等功 能。人机接口交互电路由矩阵键盘、LCD12864液晶两部分组成，其电路原 理图如 图4所示。主控芯片采用S3

10、C44B0芯片，芯片的DATAO、DATA1、DAYA2分别 接 LCD 12864CS、SID、SCLK。5.55.5 A/DA/D采样电路本系统用于电压采集，采用S3C44B0芯片自带的8路10位A/D转换器。当 扭动电位器时相应的AD采集的电压也会改变，经过主控芯片的处理在LCD 12684液 晶上实时显示。5.65.6 JTAGJTAG调试电路图6 JTAG调试电路原理图JTAG最初是用来对芯片进行测试的，JTAG的基本原理是在器件内部定义一 个TAP （ Test Access Port ；测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对内部节 点 3.3V3.3V进行测试。JTAG测试允许

11、多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG基于ARM的数据采集系统链，能实现对各个器件分别测试。如今，JTAG接口还常用于实现ISP （ In-System Programmer，在系统编程），对FLASH等器件进行编程。JTAG编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程然后再装到板 上，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进 度。JTAG接口可对DSP芯片内部的所有部件进行编程。六、系统软件设计6.16.1软件设计思路本系统软件设计是在CodeWarrior for ADS开发环境下完成的。本电压数 据采 集与LCD12864液晶显示装置的

12、主体由S3C44B0核心控制模块和电压数据采 集模 块构成，所以系统软件也是围绕这两个模块来编写的。实现所要求的功能,程序流程 图如图7。图7程序流程图由该流程图可看出，刚上电时，S3C44B0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 电压数据采集；接着通信初始化，以确定电压采集模块与ARM核心控制模块连接正 常，并通过UART复位电压数据采集模块，确保其进入正常电压数据采集状态；然基于ARM的数据采集系统后初始化LCD显示和键盘，在LCD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

13、态。其主程序包括温度采集程序、ARM获取温度子程序、温度处理和转换子程 序。当ARM处理器接收到正确的温度数据后，立即进行相应的电压数据处理与转 换，变成可被LCD直接显示的正确电压值。6.26.2软件调试问题分析及解决办法1、ADS软件使用不熟练导致各种各样的小问题。2、没有正确对S3C44B0芯片I/O 口初始化。3、A/D采样程序没有初始化。4、12864液晶显示程序没有延时。5、程序相对应的头文件没有添加，导致寄存器无法识别。通过对ADS编程软件的学习，学会使用了 ADS软件的开发、编译、调试方法 学会了跟踪/调试程序，掌握断点的设置与取消，对自己编写的代码进行编译，以及 下载到开发板

14、上。当我软件调试遇到问题时，通过查阅书籍、上网查资料之外，还有 我们实验室的师兄师姐的鼎力相助。使我的这些问题迎刃而解。七、心得体会及建议在这次ARM嵌入式系统课程设计中，我们小组的设计课题是基于ARM的 数 据采集系统设计。通过这次课程设计，我对ARM嵌入式系统尤其是数据处理中的 电压采集系统有了更进一步的了解，同时知识面也进一步得到了扩展和加深。本次课程设计的任务主要是对基于传统电压采集系统的使用环节中遇到的一些 问题提出的一种改进方法，有助于数据采集系统更好的发展与使用，帮助我们更好的 理解嵌入式系统和数据采集系统的原理和应用。数据采集是一种直 接数字处理方法。 所谓电压采集系统，就是通

15、过扭动电位器使A/D采集的电压 发生变化后经过收集与 处理，最后得到我们所需要的有用的数字信号并送入系统的下一环节进行其他操作。 目前，由于传统的数据采集系统存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐 等弊端，已经不能完全适应现代化工业的高速发展。随着嵌入式技术的迅猛发展，设 计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便的数据采集系统成为当务之急。所 以，学习和应用数据采集系统及其应用技术对我们以后的学习和工作有着十分重要的基于ARM的数据采集系统意义。在这次为期一周课程设计的过程中，我深深的感触到了团队合作的重要性，尤 其是在当今的社会工作中，一个人的力量在一个巨大的任务前是那么的渺小，

16、必须靠 多人合作才能共同完成。在设计规划过程，我们小组三个人亲密无间的合作,使得本 次课程设计能够非常顺利地完成，在课程设计的过程中，每个人都能按要求很好的完 成分配给自己的任务，最后大家一起通过讨论把所 有任务串连起来完成总的设计任 务。通过本次课程设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结 合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样将理论应用于实际，又让我们懂得了 在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在设计过程中，总是会遇到这样或那样的问 题。有时一个问题可能会需要大家集体去查阅资料，做大量 的工作，花大量的时间才 能解决。通过不断地发现问题，解决问题，自然而然，我的发现问题

17、和解决问题的能 力便在其中建立起来了。这都为以后的工作 积累了经验，同时也增强了我们解决问题 的能力。八、参考文献1.熊茂华、杨震伦ARM体系结构与程序设计M.北京：清华大学出版社2009 年2邱铁ARM嵌入式系统结构与编程M.北京：清华大学出版社2009年3.王孝良基于ARM平台的嵌入式核心编程M.北京：清华大学出版社2011 年.4.刘迎春C语言程序设计M.北京：北京大学出版社，2006.5.王田苗嵌入式系统设计与实例开发M.北京：清华大学出版社2003年.6.杜春雷ARM体系结构与编程M.北京：清华大学出版社2003年.基于ARM的数据采集系统附录1 1总原理图人机接口电路AD采样模块J

18、TAG模块A5VVD DBLARS/CSRAA/ SI DE/CLKPSBVSSBLKLC D128643.3V电源模块基本应用系统3.3VV5C1U1AS3C 44B 0XTA L0XTA L1nR EST64N114T 3V1V3103C4-一+V2N2基于ARM的数据采集系统附录2 2源程序/*主程序#include .incmain.h”include M.inc12864.hninclude ”.incADC.h“ 我们用这个片编存储我们的IRQ ISR入口地 址U32 plrqStart = 0;U32 plrqFinish = 0;U32 plrqHandler = 0;广主函数

19、 */ int main(void)sysUtilsSetPIIValue (24, 6, 1); / 设置片内的锁相环loConfig ();/io 端口的初始化Clr_Pled();矢闭跑马灯Clr_DZ();矢闭点阵显示Clr_led();/闭数码管显示ADCJnit(void); /ADC 初始化IcdJnitQ;/ 初始化 LCDconsolejnit (115200); / 初始化控制台 while(1)ADC_Test(); while(1); return 0;采样程 if* *AD #include ,f.incADC.hn #include f,.inc12864.hH10

20、基于ARM的数据采集系统void ADCJnit(void)(rCLKCON = rCLKCON | (112); /控制系统主时钟进入ADC单元模块 rADCCON = 0 x1|(02);syslltilsUSecDelay(IOO); / 延时若干个 10Ous rADCPSR = 10;unsigned short Read_Adc(unsigned char ch)(int i;static int prevCh= 1;if(prevCh!=ch)rADCCON = 0 x1 |(ch2);/ 设置 AD 转换通道for(i=0;i150;i+); 最小 15uSrADCCON=Ox

21、1|(ch2); 开始 AD 转换 while(rADCCON & 0 x1);/避免标志FLAG 错误 while(!(rADCCON & 0 x40); / 等待 AD 转换结束for(i = 0;i rADCPSR; i+); / 避免第二次标志 FLAG 错误 prevCh=ch;return rADCDAT; / 返回 AD 转换值void ADC_Test(void)(int a0=0，b0=0 ；ADCJnit();/模数转换初始化while( !( kbhit & (getkey()=ESC_KEY)11液晶显示程序基于ARM的数据采集系统aO = Read_Adc(O); /

22、ADC某一通道进行转换，返回转换的数据b0=a0*2.500/1024;displayint(3,3,b0);/#* 2864include H.inc12864.hn#include .incsysUtils.h总线地址声明volatile U8 * LCD12864_MAdd = (volatile U8 *)(0 x6000000);#define LCD12864_WR_H() rPDATC|=0 x01;#define LCD12864_WR_L() rPDATC&=0 x01;void lcd_wcmd(U8 cmd);void lcd_wdat(U8 dat);void Icdjnit(void);void lcd_pos(U8 X,U8 Y);static U8 dis1 =数据采集系统 n；U8 IRDIS2;U8 IRCOM4;void lcd_wcmd(U8 cmd)sysUtilsUSecDelay(150000);LCD12864_WR_L();LCD12864_MAdd=cmd; sysUtilsllSecDelay(15000);void lcd_wdat(U8 dat)sysUtilsUSecDelay(150000);12LCDvoid