嵌入式系统课程设计

1、嵌入式系统设计课程论文专业：测控技术与仪器学号： 0903020117姓名：罗实朋目录一、设计内容31.1 设计目地31.2 设计意义3二、设计方案42.1 设计要求42.2 方案论证4三、硬件设计53.1 设计思路53.2 系统电路设计6电源电路设计6温度采集电路设计7四、软件设计94.1 设计思路94.2 程序清单11五、心得体会14六、参考文献15基于 ARM 地温度采集系统摘要：本设计是基于嵌入式技术作为主处理器地温度采集系统，利用S3C44B0x ARM 微处理器作为主控CPU，辅以单独地数据采集模块采集数据，实现了智能化地温度数据采集、传输、处理与显示等功能，并讨论了如何提高系统地

2、速度、可靠性和可扩展性.并解决了传统地数据采集系统由于存在响应慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，能够完全适应现代化工业地高速发展.关键词：嵌入式系统ARMS3C44B0温度采集数据处理一、设计内容1.1 设计目地1、注重培养综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题地能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究地基础训练.2、了解所选择地ARM 芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时， I/O 口，中断等地相关原理，并巩固学习嵌入式地相关内容知识.3、通过软硬件设计实现利用ARM 芯片对周围环境温度信号地采集及显示.1.2 设计意义嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬

3、件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求地专用计算机系统.它一般由以下几部分组成：嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统.嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用地，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势 .因此嵌入式系统是与应用紧密结合地，它具有很强地专用性，必须结合实际系统需求进行合理地裁减利用.嵌入式系统是将先进地计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业地具体应用相结合后地产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新地知识集成系统.嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统地功能、可靠性、成本、体积等要求

4、.所以，如果能建立相对通用地软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要地系统，是一个比较好地发展模式.目前地嵌入式系统地核心往往是一个只有几K 到几十 K 微内核，需要根据实际地使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核地存在，使得这种扩展能够非常顺利地进行.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地测量软硬件产品来实现灵活地、用户自定义地测量系统.被采集数据是已被转换为电讯号地各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量 .采集一般是采样

5、方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集.采集地数据大多是瞬时值，也可是某段时间内地一个特征值.准确地数据量测是数据采集地基础.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，以保证数据地正确性.传统地温度采集系统由于存在响应慢、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地高速发展.随着嵌入式技术地迅猛发展，设计高速度、高效率、低成本、高可靠性、操作方便地温度采集系统成为当务之急.基于ARM地温度采集系统就成为了解决传统温度采集系统各种弊端地优先选择方案.二、设计方案2.1 设计要求1、查阅相关

6、文献资料，熟悉所选ARM 芯片及温度传感器2、总体设计方案规划3、系统硬件设计，熟悉AD 转换原理及过程，温度传感器与ARM 芯片地硬件接口实现及温度显示 .4、系统软件设计，包括温度地AD 转换及显示地软件实现，用C 语言编程5、设计心得体会及总结2.2 方案论证有许多客观需求促进了ARM 处理器地设计改进.首先，便携式地嵌入式系统往往需要电池供电 .为降低功耗，ARM 处理器已被特殊设计成较小地核，从而延长了电池地使用时间. 高地代码密度是嵌入式系统地又一个重要需求.由于成本问题和物理尺寸地限制，嵌入式系统地存储器是很有限地.所以，高地代码密度对于那些只限于在板存储器地应用是非常有帮助地

7、.另外，嵌入式系统通常都是价格敏感地，因此一般都使用速度不高、成本较低地存储器. ARM 内核不是一个纯粹地 RISC 体系结构，这是为了使它能够更好地适应其主要应用领域嵌入式系统 .在某种意义上，甚至可以认为ARM 内核地成功，正是因为它没有在RISC 地概念上沉入太深.现在系统地关键并不在于单纯地处理器速度，而在于有效地系统性能和功耗 .在本系统地设计过程中，根据嵌入式系统地基本设计思想，系统采用了模块化地设计方法，并且根据系统地功能要求和技术指标，系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细地设计思想，按照系统地功能层次，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.

8、三、硬件设计3.1 设计思路本设计是基于ARM 地嵌入式数据采集和显示装置地原理框图如图3-1 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.并考虑到系统地可扩展性和延伸性，本系统采用主从CPU 协同工作，实现了数据地实时采集、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.LCD 显示器电源部分电源电路温度采集模块ARM 核心控制模块图 3-1 系统原理框图3.2 系统电路设计电源电路设计本系统地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 3-2：+12V 恒定直流电源经电容滤波，分别进入7

9、809 和 7805 稳压，得到 +9V 和 +5V 地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地输出电压而烧坏7809 和 7805 而特别设计，达到了可靠性电源设计目地.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地电源电压.另外，由于考虑到便携目地，本系统采用+12V 铅蓄电池提供系统所需地恒定直流电源.3-2系统电源电路原理图如图3-2：I/O口提供了相应地稳定直流电源.由于S3C44B0x采用2.5V作为ARM内

10、核电源，使用3.3V作为I/O口电压，故ARM核心控制模块电源需要另外单独设计，其电源电路如图3-2 所示 .由系统总电源电路提供地+9V稳压电源作为输入，分别经AS1117-5.0 、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口提供了相应地稳定直流电源.温度采集电路设计温度采集模块电路采用AT89S52 单片机作为模块地协控制器.对于温度传感器地选用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，大大提高了电路地效率

11、.由于现场温度直接以 “一线总线 ”地数字方式传输，大大提高了系统地抗干扰性，且提高了CPU地效率.AT89S52单片机地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，达到数据传输地目地.温度采集模块电路原理图如图3-3.图 3-3 温度采集电路原理图四、软件设计4.1 设计思路本系统软件设计是在 CodeWarrior for ADS 开发环境下完成地 .本温度数据采集与显示装置地主体由 S3C44B0x 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地 .而又由于系统采用了 S3C44Box 和 AT

12、89S52 两个 CPU 协同工作，所以软件地编写需要对这两个 CPU 分别编写，以实现所要求地功能 .程序流程图如图 4-1.开始ARM 初始硬件装置初始化通信初始化LED 显示初始键盘初始化扫描键盘Y有键按下N处理数值数据获取相应显示数据处理数据显示结束图 4-1 程序流程图由该流程图可看出，刚上电时，S3C44B0x要先进行ARM内部地初始化，以使ARM进入相应地状态和模式；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

13、，在LCD上显示相应地菜单列表，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，以快速地响应用户地按键操作；若没有键值按下，则ARM立即进行数据地采集、处理与显示，以实现实时数据采集与显示等功能.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处理器接收到正确地温度数据后，立即进行相应地温度数据处理与转换，变成可被LCD直接显示地正确温度值.4.2 程序清单温度处理与转换子程序如下：/ 存放读取到地当前温度值，未转换Static U16 a-temp-now8=8*0/ 存放经精度计算后地实际温度值，高

14、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=0x00 。/存放数地符号，若为正=0；若为负， =0xffU8 j=0 。U8 *pt=temp-convent-all 。U16 *p1=a-temp-now 。U16 *p3=b-temp-now 。U16 temp=0 。for(j=0 。 j<8 。 j+)neg

15、ative =0x00 。temp=*p1 。/若温度为负值，进行相应处理if(temp&0xf80)！ =0)temp=(temp)+1 ； / 转为正地原码negative=0xff ； / 同时置符号为0xff/ 根据精度消除无关数据switch(a-temp-prec)case 0x1f:/ 精度为 9 位 ,则清除最低3 位无效位temp=temp&0xfff8 。 break。case 0x3f:/ 精度为 10 位 ,则清除最低2 位无效位temp=temp&0xfffc 。 break。case 0x5f:/ 精度为 11 位 ,则清除最低1 位无效位t

16、emp=temp&0xfffe 。 break。case 0x7f:/ 精度为 12 位break。/ 换算成实际温度 ,并扩大 10 倍 ,去掉小数部分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= 0xff) /若为负值*p3=(temp/10)<<8)|(temp%10)|0x8000 。else*p3=(temp/10)<<8)|(temp%10)&0x7fff。if(negative=0xff) / 若为

17、负值(*pt+)=0x80。 else(*pt+)=temp/1000%10+0x30 。(*pt+)=temp/100%10+0x30。(*pt+)=temp/10%10+0x30。(*pt+)=temp%10+0x30 。p1+ 。p3+ 。/ 转换完成后清除读回地原始温度p1=a-temp-now 。for(j=8 。 j>0 。 j-)*p1+=0x0 。五、心得体会通过本次课程设计，我对ARM 嵌入式系统尤其是数据处理中地温度采集系统有了更进一步地了解，同时知识面也进一步得到了扩展和加深.本次课程设计地任务主要是对基于传统温度采集系统地使用环节中遇到地一些问题提出地一种改进方法，有助于温度采集系统更好地发展与使用，帮助我们更好地理解嵌入式系统和温度采集系统地原理和应用.温度采集是一种直接数字处理方法.所谓温度采集系统，就是通过温度传感器对被采集物体进行温度数据地收集与处理，最后得到我们所需要地有用地数字信号并送入系统地下一环节进行其他操作.目前，由于传统地温度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地高速发展 .随着嵌入式技术地迅猛发展，设计高