基于ARM的嵌入式温度控制系统设计

1、 南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 韩励 学 号： 240102416 系 部： 通信工程学院 专 业： 通信工程（计算机通信） 题 目：基于ARM的嵌入式温度控制系统的设计 指导者： 袁璟 副教授 评阅者： 2014 年 5 月 南 京 Design of Embedded Control System of Temperature Based on ARM A Dissertation Submitted to Nanjing Institute of Technology For the Academic Degree of Bachelor of Science B

2、y Li Han Supervised by Associate Professor Jing Yuan College of Communication Engineering Nanjing Institute of Technology March 2014南京工程学院毕业设计（论文） 摘要温度的测量和控制在工业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，温度参数是工业控制中的一项重要的指标。本文主要研究了基于ARM7架构的嵌入式系统对于温度控制的应用，它基于ARM7 内核的 LPC2124, 以DS1820采集温度信号, 通过R

3、WB 温度变送器和 A/D 转换获得实际温度值, 同时通过 LCD 实时显示; 此温度控制系统应用于热电仪, 实际应用表明, 系统稳定、可靠, 满足了热电仪的温度控制要求。关键词：ARM；Proteus；嵌入式系统；温度控制系统Abstract Measurement and control of temperature is widely used in industrial production, especially in the petroleum, chemical, electric power, metallurgy and other industrial fields, me

4、asurement and monitoring of the temperature is a very important link, the temperature parameter is an important index in industrial control. This paper mainly studies the ARM7 based embedded system for the application of temperature control based on ARM7, which based on the LPC2124 kernel, the DS182

5、0 collecting temperature signal, to obtain the actual temperature value through the RWB temperature transmitter and A/D conversion, at the same time through the LCD real time display; This paper introduces the principle, the system implementation process, gives some application circuits. This temper

6、ature control system used in the power system, the practical application shows that the system is stable and reliable, meet, the thermoelectric instrument temperature control requirements.Key words： ARM；Proteus；Embedded system；Temperature control system目录第一章 绪论11.1 引言11.2 选题背景与意义11.3 研究现状21.4 论文主要研究

7、内容31.5 主要章节安排3第二章 开发工具的介绍42.1 Proteus的功能42.1.1 Proteus的功能简述42.1.2 资源丰富52.1.3电路仿真52.2 ADS1.262.2.1 ADS种类62.2.2 软件组成7第三章 软硬件介绍83.1 ARM83.1.1 ARM简介83.1.2 ARM783.2LPC2124处理器93.2.1LPC2124简介93.2.2 特性93.2.3 结构103.2.4引脚描述113.3硬件系统的整体结构113.3.1硬件系统的设计原则113.3.2系统硬件的整体结构123.3.3 基本硬件组成12第四章 软件设计174.1系统软件的整体结构174

8、.2.1测控系统184.2.2显示数字功能194.2.3 A/D转换数据采集程序功能与实现21第五章 总结与展望255.1 全文总结255.2后续工作及展望25致谢27参考文献28附录29南京工程学院毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 引言 嵌入式系统这几年被广泛应用于各种工业领域、无线通信领域、智能仪表，消费电子等各个领域，离不开微电子技术的迅猛发展，它主要用于各种嵌入式应用，以将计算机硬件和软件相结合的手段，完成指定的任务和功能。嵌入式系统在系统可分为分为系统级，电路板级，设备级。系统级指的是各种工业控计算机，板级是指CPU的主板和OEM(原始设备制造商)的产品，最常见的设备是一个单片微机

9、，其后嵌入式应用越来越广泛，很多半导体厂商致力于研发嵌入式微处理器，并有出现许多支撑嵌入式应用的嵌入式操作系统。一般由于某一领域有着特殊要求，嵌入式系统必须做出相应的调整，不仅要求产品体积够小，能够实时掌握现场情况，系统在任何工作环境中都能出色的完成任务，又要求产品具有令人满意成本和效益。因此，嵌入式系统的发展，如何选择特定的应用的嵌入式处理器，并且嵌入式操作系统该如何匹配是十分重要的。 温度控制系统的最大特点是过程控制, 跟其它控制系统的不同是温度控制系统有其独特的特性。比如，该系统是由机械和机电为对象，以微分方程求解线性定长参数的动态问题，这种情况是但是用一样的手段来解决温度过程中的问题不

10、会得到较好的结果，这是由于场下是不容易产生较大的误差。热能的传送形式, 所以它具备直观的非线性、时变性、分布性以及时间滞后的特性。如果你使用分析的方法来建模，其结果通常是非常复杂的，或在对模型进行简化中，失去一些些最重要的因素, 使得模型跟对象很难一致。对此，对温度系统的建模, 通常使用的是实证模型，或理论分析与实证研究。本文对温度控制系统进行了研究，并阐述了优化的PID控制算法，利用微处理器LPC2124，具有ARM7内核，通过传感器DS1820温度信号的采集，在自整定实现实时控制系统最有效的参数，准确地控制所需的温度。系统由电加热器、控制器和温度传感器及变换器三部分组成，形成闭环控制回路。

11、在自整定实现实时控制系统最有效的参数，准确地控制所需的温度。1.2 选题背景与意义近年来，在生产、生活中的各种应用的出现，增加了微电子技术和嵌入式技术的需要，同时也促进了自动控制理论，不断发展，尤其是工业控制对象特定的工业控制器，测量和控制系统的设计进入了一个新的领域。对温度的测量和控制具有重要的意义，尤其是在工业生产中，在石油，化工，冶金，电力行业这样的一个重要的工业领域。热处理炉，熔融金属的坩埚炉，以及各种反应器工业中非常普遍，许多行业需要大量的加热装置，因此，温度在有关温度的控制中就成为了非常敏感的参数。由于类型，目的，方式的不同，不同的加热方法也是不一样的，比如用石油提炼气体、汽油，发

12、电厂发电的方式等等，但它用来控制的系统是不断变化的，基本上属于非实时性的。因为温度在各种熔炼生产中非常常见，它也属于最重要的的控制因素之一，所以对关于温度的测量和控制的技术和开发具备巨大的实际利用价值和应用前景。尤其是在许多工业场合中，产品的质量、设备运行的安全性和经济性直接受温度的影响，例如对电厂锅炉的蒸汽温度进行控制，整个过程都需要严格的控制和测量。通常过热器使用在大于10低于20下的环境中，它的使用年限会大大减少，严重影设备安全使用，对生产和人员造成非常大的潜在危害。太低的过热蒸汽温度，会降低设备的运转效率。倘若汽轮机最后几级蒸汽湿度增加，就会造成汽轮机叶片磨损，一般情况下汽温每降低10

13、，循环热效率就会降低约0.5。1.3 研究现状借助于越来越先进的互联网技术，通过多年的发展，嵌入式系统又迎来了第二次革新时代，最初的只有低端应用，现在是各种高端和低端应用同时流行，而且对要求及较低的嵌入式系统也不停的发展，这几年32位MCU的出现也是新兴的产品。目前电流控制方案是基于传统的PLC和单片机控制，可满足大多数用户的需要。PLC在大多数情况下用于简单工程跟很少重复的工程，其缺点是不够灵活，而且占用空间，代价较高，若想增加功能需要较多的额外组件；而单片机主要出现在小型设备的控制中，特别是用于控制专业电子设备，其优点是花费少，耗能低，运行速度快，其缺点是诸如程序只能在最初使用时装入，未来

14、不能由用户修改，外围设备的控制的能力和抗干扰能力都比较低。为了适应信息产业的发展，现代化的发展，新的技术创新和产业化，本文采用32位ARM7嵌入式LPC2124 ATMEL微控制器实现温度控制，它具有良好的可扩展性，可靠性高，精度高，测量和多任务实时调度控制，响应速度快，体积小等优良特性，在实际应用中已成为用户的首选。1.4 论文主要研究内容该本论文涉及的理论基础，嵌入式ARM的温度控制系统的硬件接口功能，C语言函数，按照顺序，主要包括了以下几个方面：一方面我们在ARM7，理论基础，系统的组成，分类、应用领域和研究现状进行了综述，分析了研究的难点，并探讨学习遇到的困难。接着，我们对本设计中用到

15、的ARM7的各个接口功能作了介绍，对于多余的接口可以适当的增加系统功能，使设计更加完善。另一方面，本设计完全在proteus软件中进行仿真，对Proteus也进行了详尽的介绍。程序的编辑、编译用到了ADS1.2，对ADS1.2的种类和软件组成作了简单的介绍。最后，就全文的成果加以总结，讨论了添加液晶显示屏以使系统具有良好的人机交互界面的必要及对进一步研究的展望。1.5 主要章节安排首先介绍了课题研究的背景和对实际生产生活的意义。第一章总体的介绍设计的内容。第二章主要介绍了ARM的结构，描述了Proteus软件应用，介绍了ADS1.2。第三章专门分析了硬件设计所需要注意的问题，选择什么处理器和温

16、度传感器。第四章主要阐述软件的设计，每个功能的实现都对应一段程序代码。第五章给出了综合测试的结果，对发现的问题进行讨论并提出解决办法。最后给出结论，并对课题未来的发展做出合理的展望。第 38 页 共 44 页第二章 开发工具的介绍2.1 Proteus的功能Proteus用用软件是英国的一个实验室中心研发的EDA软件工具（广州风标电子技术有限公司代理该软件在中国的使用权）。它应用丰富，不但拥有别的同样软件的功能，还能够对单片机进行仿真，模拟外接模块。在单片机的教学试验中已经成为首选。软件如图2.1所示 图2.1 Proteus软件图2.1.1 Proteus的功能简述 Proteus软件具备常

17、用的EDA（如：MULTISIM）的功能。这些功能是： 1原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真 革命性的特点1互动的电路仿真 比如随机存储寄存器，只读存储器，键盘，引擎，LED，LCD，模数转换，数模转化，一些SPI元件，个别IIC元件的模块， 用户也可以实时采用。2仿真处理器及其外围电路 仿真主流芯片，如51系列，AVR单片机，PI，ARM芯片等。1也可以直接在基于虚拟样机原理图设计，再加上显示输出，看到运行后输入输出的影响。2.1.2 资源丰富1Proteus仿真组件可以提供资源：数字和模拟仿真、AC和DC，成千上万的成分，有30多个元件库。2Proteus仿真组件包含许

18、多显示模块：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上相同的仪器可以在一个电路中任意调用。3除了在生产生活已经应用的一起，Proteus格外增加了一个显示图像的功能，能够对线路上信号的改变给予实时的显示，示波器也具有此功能，但Proteus功能更多。1这些仿真的模块能设置合格的参数指标，如输入阻抗和输出阻抗都非常低。这些都尽量减少了仪器质量对测量结果的影响。4Proteus具有更加全面的测试信号，用于测试电路。测试信号包含模拟和数字信号。2.1.3电路仿真用PROTEUS搭建模型，完成后导入用ADS1.2编辑编译成功的目

19、标程序：*.HEX，就能够在PROTEUS中看到与实物完全相同的运行效果。PROTEUS 是一种先进的单片机课堂教学助理。PROTEUS能够模拟单片机的功能，而且更具有形象化，还能模拟单片机做的实例。前者可在相当程度上物理演示实验的效果，后者的效果是很难通过实物演示实验达到的。它的优点之一是与组件、线路等跟原始的单片机实验硬件兼容。课程设计、毕业设计的完成是学生将理论转化为实践的重要环节，也是成功就业的前提。因为各种种类繁多的组件一般实验室不可能完全拥有的，但PROTEUS拥有所有的元器件模块，还能更具目的方便的修改电路设计，随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手

20、段。它能够灵活的设计模块，而在设计过程中能随时查看结果。能够把设计时间大大缩短，成本最大化的减少，也降低了工程制造的风险。我相信，PROTEUS在单片机开发应用中也会被越来越多的应用。目前最新版本的Proteus8.0增加了ARM cortex处理器，而在7.10版本中只增加了DSP系列（TMS320）。2.2 ADS1.2 2.2.1 ADS种类ADS包括三种调试器： 1.AXD（扩展调试器）：ARM调试器 2.armsd（ARM符号调试器）：ARM 符号调试器。3.ARM调试工具中与常用操作系统如Windows或Unix版本兼容的，ADW/ADU（Application Debugger

21、Windows/Unix） 2.2.2 软件组成1.编译器：ADS具备各种编译器，用来处理ARM和Thumb的指令。Armcc属于ARM C编译器Tcc属于Thumb C编译器Armcpp属于ARM C+编译器Tcpp属于Thumb和C+共有的编译器Armasm属于ARM和Thumb共有的汇编器2.链接器：armlink是ARM的链接器。该命令能够对任意数量的目标文件进行编译和任意数量数据库文件的链接关系，然后得到可执行的文件，还能是众多目标文件指向的目标文件的局部。33.符号调试器：armsd是ARM跟Thumb共有的符号调试器。4.fromELF：当需要将输出文件转换为特定格式的时，把原始

22、格式的文件转换成相应的格式，支持的文件包含Motorola 32位S格式映像文件、bin格式的映像文件、Verilog十六进制文件和Intel 32位格式映像文件。5.armar：armar函数生成器只存在ARM库中，它是一个收集一系列的ELF格式的目标文件的库函数形式。用户能后使用以库传递方式的链接器替代多个ELF文件。6.CodeWarrior：CodeWarrior集成开发环境（IDE）用一个简单的图形用户界面为多元化经营和发展项目提供了巨大方便，用户开发程序代码时。7.调试器：ADS中含有3个调试器：包含AXD，ARM独有的扩展调试器；第二个是armsd，它是ARM符号调试器；第三个与

23、旧版本的操作系统下的ARM调试工具兼容。8.C和C+库：ADS包含有关ANSI C库函数跟C+库函数，能够编译C和C+代码。用户可以添加C库的应用程序中的一部分，与目标相关的功能都能通过代码实现。第3章 软硬件介绍3.1 ARM3.1.1 ARM简介ARM是一个知识产权（IP）的供应商，其最显著的特点是不同于其他芯片的制造和销售公司，它仅仅转让设计方案。ARM公司利用这种双赢的伙伴关系迅速成为了全球性RIRC微处理器标准的缔造者。这种方法也给使用者带来了极大的利益，原因是使用者只要熟悉了一种ARM内核的节后及其开发工具的原理，就可以使用相同的不同公司研发的ARM核芯片。 当前，世界上100多家

24、公司与ARM公司达成了商用技术使用许可协议，其中有因特尔、IBM、LG、NEC、SONY、NXP、和NS此业内大企业。至于开发软件系统的合伙人，包括了Microsoft、升阳和MRI等一系列知名的公司。ARM架构的处理器是ARM公司同类产品的成本最低的，而且已经成功商用。它具有性价比高、罕见的高代码密度，和良好的实时中断响应，以及低功耗，并且芯片面积尽可能小，使它成为首选的嵌入式系统。4ARM架构被越来越多的使用，比如移动电话、个人数字终端、MP3、MP4与形态各异的娱乐电子产品。2004年12亿片ARM处理器被ARM公司的合作伙伴生产出来，应用到各种生活生产中。3.1.2 ARM7ARM公司

25、在1995年设计研发了首个ARM7TDMI处理器内核，现在是世界上使用最为广泛的一款内核。ARM7系列种类繁多，主要包括ARM7TDMI型号、ARM7TDMI-S型号、拥有高速缓存处理器宏单元的ARM720T以及扩充了JAZELLE的ARM7EJ-S。由于该类型的处理器集成了Thumb 16位简易指令集跟基于Embedded ICE JTAG的软件调试方式，在许多大应用的SoC设计中能显示出其优越的特性。同时对ARM720T高速缓存处理宏单元进行了强化，不仅增加了8KB的缓存、读缓冲，还设置了具有高性能的内存管理处理器，还支持Linux和Windows CE等操作系统。3.2LPC2124处理

26、器3.2.1LPC2124简介LPC2124微控制器是建立在能够实时仿真与跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU上的，其高速片内Flash存储器包含0KB、128KB和256KB三种大小，加速结构的存储器接口芯片拥有128位宽度，独特的32位程序可以运行在最大时钟速率下。16位Thumb模式能够降低程序大小至30%，多用于对程序大小有严格要求的应用，其代价只是损失非常小的性能。LPC2124拥有64和144脚封装两种型号，因此它在同类芯片中耗能最低，还配备了4路10位ADC（64脚和144脚封装），32位定时器跟9个外部中断，因此在工业应用、医疗设备、访问控制和个人使用终端机中具有广泛

27、的应用。53.2.2 特性1、32位64/144脚ARM7TDMI-S微控制器。2、16KB静态RAM。3、 片上Flash程序存储器分为0KB、128KB、256KB三种大小。128位宽度接口/加速器的操作频率高达60MHz。4、外部8、16或32位总线。（144脚封装）5、通过外部存储器接口可以分配的内存为4组，每组的容量最高位16MB。6、在系统编程（ISP）和在应用中编程（IAP）能够用片内Boot转载程序实现。1ms的Flash编程时间可编程512字节，而400ms之内就能实现扇区擦除或整片擦除。7、当需要将Boot装载的应用程序装入设备的RAM中时，可以用UART0进行装载，同时能

28、够使其之在RAM中运行。8、嵌入式跟踪宏单元（ETM）的功能是对能够无干扰的高速实时跟踪进行中的执行代码。9、4路的64脚封装与8路的144脚封装，其10位A/D转换器的转换时间可低以减少到2.44ms。10、2个32位定时器，分为带4路捕获和4路比较通道、PWM单元（6路输出）、实时时钟及看门狗。3.2.3 结构 在图3.1中所示的LPC2124图中，它由ARM7TDMI-S为CPU仿真功能，ARM的本地总线和内存控制器接口，用于与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线。AHB外设设立了了2MB的地址空间，分布在4GBARM内存地址的最顶端。16KB的空间大小是每个AHB外设都具有的。LPC

29、2124外围功能（除了中断控制器）全部与VPB总线相连。VPB总线与AHB总线的连接需要用AHB与VPB的桥连接起来。VPB外设也拥有2MB的空间大小，它的空间从3.5GB地址点开始分配。6引脚连接模块用于控制连接片内外设与器件引脚，软件能够经由控制引脚连接的模块使得引脚连接特定的片内外围设备。 图 3.1 LPC2124方框图3.2.4引脚描述LPC2124的引脚分布如图3.2所示。 图3.2 LPC212464脚封装3.3硬件系统的整体结构3.3.1硬件系统的设计原硬件系统设计中必须遵循以下原则：(1)稳定性和可靠性：大多数工业实施环境都非常具有挑战性，由于模拟量参数处理的好坏对系统的技术

30、指标有直接的影响，它必须是每个环境给予充分的考虑，采取有效的抗干扰措施，使用正确的组件的类型和参数，以避免串扰和误差积累。每个部分的设计都要最大化的使硬件电路简单，选择较高集成度的组件，让系统具备良好的抗干扰性能和优越的稳定性和可靠性。(2)速度与精度：在误差允许极限值内，根据相应的规则所需的各个部分的最大误差，在系统设计过程中，根据使用的位数更高的转换芯片来提高转换精度，选定最终的电路结构。(3)功耗以及数据存储：LPC2124最显著的特征之一是本身拥有非常低的能耗，VDDCORE工作电流为仅304mA，待机模式下工作电流仅为31mA，它的低速的时钟操作模式和软件功耗优化能力两大优点，使它十

31、分适应对能耗敏感的场合。采用低功耗器件和贴片封装元器件，可有效降低功耗，减小PCB面积，提高电路本身的抗干扰性能。考虑到数据的存储大小和安全保障，系统采用的是用32M的NandFlash作为数据跟程序存储区，以确保高容量的数据存储。73.3.2系统硬件的整体结构系统的整体结构如图3.3所示 图3.3 系统硬件的整体结构系统主要分为以下模块：(1)CPU核心模块：通常由CPU和外围设备构成，是主要的控制电路系统。CPU采用的是ATMEL公司研发设计的ARM7，能够对数据进行处理、存储、通讯等一系列的操作。(2)模拟电路：主要包含信号处理电路跟信号输出电路两个模块。信号处理电路主要完成模拟量输入信

32、号的放大和滤波，从而获得在模数转换电路输入范围之内的数值。信号输出电路通过把经过算法修改后的数字量变为对应的模拟信号进行导出，完成对被控目标的控制。(3)存储模块：一班由NorFlash、SDRAM、NandFlash三部分构成。其中，NorFlash用于启动程序和系统内核的存储系统；SDRAM作为操作系统跟应用程序的工作空间；NANDFlash用来保存采集的数据跟应用程序。3.3.3 基本硬件组成1、 时钟电路如图3.4所示，LPC2124芯片的振荡器的主要器件是一个反相放大器，从XTAL1端输入，从XTAL2端输出，电路时钟能够由内部设备或者外接设备产生，从XTAL1和XTAL2引脚上连接

33、某个定时器件，其内置的振荡电路就能产生相应的自激振荡。该系统的并联谐振电路采用石英晶体和电容器。电路的晶振频率选择的是11.0592MHZ，电容器C1、C2的电容均取值30pF，电容的大小可频率进行微调。 图3.4 时钟电路2、 键盘输入电路如图3.5所示，在本系统中，采用独立式键盘。此键盘用来设定控制系统所需值，这样可以跟系统的实验值进行比较，计算误差和系统误差。第一个按键的功能是加1，第二个按键的功能是减1。 图3.5 键盘输入电路3、 显示电路显示电路采用的是LCD功能组件（LM016L），用来显示温度测量值跟设定值。显示电路如图3.6所示。 图3.6 显示电路4、 温度控制电路本系统中

34、控制核心电路（控制加热丝加热电路）采用由过零检测晶闸管触发器件MOC3061组成的触发电路，次器件专门用于设计双向晶闸管触发器。LED工作时发射红外线，如果同时过零电路检测到输出端的工作电压大于零，光控双向晶闸管触发导通，否则管断。图3.7所示为MOC3061组成的触发电路。8 图3.7 MOC3061组成的触发电路5、 传感器模 本设计采用的是DS1820传感器，如图3.8所示。刚研发的“一线器件”的特征是更加小巧，能在各种电压下工作，成本更低。DS1820由DALLAS半导体公司研发，是数字化的温度传感器，这是全球首个能够“一线总线”的温度传感器。“一线总线”具有特别而且便宜的特点，使得用

35、户能够方便快捷地搭建一个传感器网络，从而诞生了一个新的概念测量系统的构建。 经过“一线总线”的最开始的发展后，用于温度传感的技术因DS1820有了卓越的发展。 图3.8 DS1820结构框图DS1820尽管能够方便测，测量的温度也很精确，连接到其他器件上也很方便，需要的连接口线少，但仍然存在以下需要注意的问题：(1) 硬件较小的开销决定了软件必不可少的复杂，因为DS1820与CPU传递信息使用的是串行方式，所以，读去与写入DS1820的代码时尤其要确保读写时序的正确，否则将无法读取测温结果。在设计系统程序时，多用PL/M、C语言等高级语言，但由于汇编语言最接近硬件层面，最适合编写系统的操作部分

36、。 (2)在介绍DS1820的材料中没有说到的单总线上能够挂多少个DS1820，因此很多人认为能够挂多个DS1820，但与实际应用中的情况大相径庭。9(3)通常对连接到DS1820的总线数量有严格要求。在实践中，如果选用常用信号电缆进行大于50米距离的传输时，将读取错误的测温数据。若想将一般通讯距离增加到150m，可使用双绞线加屏蔽的电缆代替总线电缆，若想进行更远距离的正常通讯，可以使用抗干扰能力更强的双绞线带屏蔽电缆。这种现象多是因为总线分布电容导致信号波形发生变形。所以，在用DS1820进行远距离测温时，总线分布电容跟阻抗匹配的问题必须给予充分考虑。(4)在使用DS1820温度传感器时，当

37、DS1820执行温度转换命令，系统就立即开始等待DS1820的返回信号，如果DS1820接触不良或是断线，当系统用到该DS1820时，是无法读取返回信号的，程序就无法执行下去。这个问题是使用DS182进行0硬件连接跟程序设计时必须要重视的。 第四章 软件设计4.1系统软件的整体结构周期采集AD通道中的模拟量是一个重要的环节，它包含在温度控制系统应用程序设计的主要过程中以及计算机控制系统的主要流程中，通过比较采样值与给定量，它们的差值由控制算法进行数据处理，处理后再经过数模变换将数字信号变为模拟控制信号输出到执行机构，从而实现对被控对象的控制。图4.1显示的是计算机控制系统基本框图。10 图4.

38、1 计算机控制系统基本框图当前，在计算机控制系统中最常见的控制算法有三种，分别是模糊控制，PID控制，神经网络算法等。传统的PID控制广泛地应用于工业过程控制，并过调整PID控制器的参数k、Ki、，取得了良好的效果，使其适应了各种不同的对象；近年来通过模仿人的思维而获得长足发展的模糊控制能够对一些复杂系统以及很难建立数学模型的系统现实了简单而有效的控制；而另一种神经网络算法是通过模拟图像的直觉思维的一种算法，具有很强的适应性，可以实现在类型分类和辨识非线性对象方面的功能的完善。根据计算机控制系统的特点，毕业设计的温度控制系统主要实现以下功能：(I)远程手动自动模式转换功能；(2) 归档AD和D

39、A的数据，超过上下限发出报警指示。4.2主要功能的实现4.2.1测控系统 主程序流程图如图4.2所示 模糊控制 开始 输出清零 开始 显示字符 目标板初始化 控制I/O方向 引脚功能配置 图4.2 主程序流程图4.2.2显示数字功能子程序流程图如图4.3所示 i > 0 开始 i = 5 假真 数据转换，取出最低位 去掉最低位 i - 1 i = 0 数字转换成数组 指定位置显示数字 开始 图4.3 显示数字子程序流程图函数关键部分实现如下：11void ShowInt(uint8 addr,uint16 num)/在addr处显示数字num/将num转化成5个BCD码存放在全局数组BC

40、D5中 uint8 i; for(i=5;i>0;i-) /将NUM数据转化成ASCII码,如521会转化为00521 BCDi-1=(uint8)(num%10+0x30); /取出最低位 num/=10; /去掉最低位 i=0;while(BCDi =0x30 && i<4) BCDi+=' ' /NUM转换成数组存放,没有加 上小数点BCD5='0'DisText(addr,BCD);4.2.3 A/D转换数据采集程序功能与实现子程序流程图如图4.4所示 开始 A/D模块设置延时 读取A/D转换结果 设置通道1进行第一次转换等待

41、转换结束 再次启动转换等待转换结束 读取A/D转换结果提取A/D转换值 数值转换 返回 图4.4 A/D转换子程序流程图函数关键部分实现如下：12uint32 AD_Convert(void) uint32 data; / 进行ADC模块设置，其中x<<n表示第n位设置为x(若x超过一位，则向高位顺延) ADCR = (1 << 0) |/ SEL = 1 ，选择通道0 (Fpclk / 1000000 - 1) << 8) | / CLKDIV = Fpclk / 1000000 - 1 ，即转换时钟为1MHz (0 << 16) | / BU

42、RST = 0 ，软件控制转换操作 (0 << 17) | / CLKS = 0 ，使用11clock转换 (1 << 21) | / PDN = 1 ， 正常工作模式(非掉电转换模式) (0 << 22) | / TEST1:0 = 00 ，正常工作模式(非测试模式) (1 << 24) | / START = 1 ，直接启动ADC转换 (0 << 27);/ EDGE = 0 (CAP/MAT引脚下降沿触发ADC转换) delay(10); ADC_Data = ADDR;/ 读取ADC结果，并清除DONE标志位 while(1)

43、 ADCR = (ADCR&0x00FFFF00)|0x01|(1 << 24);/ 设置通道1，并进行第一 次转换 while( (ADDR&0x80000000)=0 ); / 等待转换结束 ADCR = ADCR | (1 << 24);/ 再次启运转换 while( (ADDR&0x80000000)=0 ); / 等待转换结束 ADC_Data = ADDR;/ 读取ADC结果 ADC_Data = (ADC_Data>>6) & 0x3FF; / 提取AD转换值 ADC_Data = ADC_Data * 100/

44、1024; / 数值转换 data=ADC_Data; return(data); 4.3运行结果说明 1、系统刚开始设定的温度是26，如图4.513 图4.5 系统开始运行状态2、系统开启风扇降温时20，如图4.6所示 图4.6 系统工作状态图 第5章 总结与展望5.1 全文总结本设计的任务是设计一种温度控制系统，究其实质是一个嵌入式系统的应用。通过对温度控制系统中的应用方案，现阶段在工业领域以及国内现状，外嵌入式开发的使用场合，结构和各种嵌入式处理器的性能比较，最终选择了基于ARM的嵌入式控制系统。ATMEL公司工业级的32位高性能处理器AT91RM9200融合了ARM920T型ARM内核

45、，主频达到了180MHz，配备了16KB的数据缓存空间和16KB的指令缓存空间，是一种耗能低、成本地、性能高的微控制器。本文在采用嵌入式操作系统和嵌入式处理器的基础上设计了基于ARM的嵌入式温度控制系统，硬件部分主要在选用AT91RM9200的基础上，设计了模拟电路模块，存储模块以及通讯模块四个部分，模拟电路模块主要包括信号处理电路和信号输出电路，存储模块主要由4MB的NorFlash、32MB的SDRAM和64MB的NandFlash三部分组成。软件部分由main(主程序)、ad(AD数据采集)、da(DA数据接收)组成，主要完成采集AD通道数据等任务。子程序异常退出或者中途终止时主程序可以

46、及时重启子进程。经过测试，程序基本达到了所需功能，程序运行安全可靠。145.2后续工作及展望在本设计中仍有很多需要完善的地方： 1.系统没有使用人机界面(HMI)，只是采用服务器客户端的方式进行数据间通讯。完善的系统需要添加液晶显示界面，构建可视化菜单，使系统具有良好的人机交互界面，方便操作员实时的监视和操作。 2.程序编写方面，是在传输性能较好的局域网下设计的，没有针对恶劣的网络环境对数据传输进行改善。在以后的工作中，需要针对网络进行容错处理和丢包处理，确保数据的准确性；并针对工艺流程完善远程手动自动功能，确保工艺控制的最优化。要做出优秀的设计方案，需要清楚的认识用户要求的每一个方面，根据用

47、户的要求选择系统硬件外设跟编写相应的程序，还要精简程序，使软件能够完成大部分系统功能。借助于迅速发展的信息产业，嵌入式产品迎来了美好的发展前进和机遇，在不久的将来，将有越来越多的产业、越来越复杂的应用需要嵌入式设备，使嵌入式产品得到长足的发展。 致谢本毕业设计是在我的导师袁璟导师的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的学业和设计的指导工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。导师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在我的论文撰写过程中，柏大陆、张康周、刘振燚等提

48、出了宝贵意见和建议，向他们表示深深的感谢。在多年的学习生活中，还得到了许多学院领导、系领导和老师的热情关心和帮助。我也要感谢我的父母和亲人，他们在我的学业中给了我莫大的鼓励、关爱和支持。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！衷心地感谢在百忙之中评阅我的论文和参加答辩的各位老师！ 韩励2014年5月参考文献1周润景，袁伟婷，景晓松.Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例M北京电子工业出版社20062周立功等ARM嵌入式系统基础教程M北京北京航空航天大学出版社20083孙秋野等ARM嵌入式开发典型模块M北京人民邮电出版社20074田泽等嵌入式系统开发与应用教程M北京一北京航空航天大学出版社20055李伯成等嵌入式系统可靠性设计M北京电子工业出版社200616Texas Instruments，incorporatedMADS7842Data Sheet20027金成植编译程序构造原理和实现技术M高等教育出版社200078马忠梅ARM嵌入式处理器与应用基础M北京一航空航天出版社20029张绮文等ARM嵌入式常用模块与综合系统设计精讲M北京电子工业出版社200610李剑，赵鹏程等32位ARM嵌入式微处理器的调试技术M电子技术应用20012311姚放吾嵌入式系统的软件硬件协同设计微计算机信M息20011012Jack GanssleI