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嵌入式系统课程设计(基于ARM的温度采集系统设计).doc

嵌入式系统课程设计(基于ARM的温度采集系统设计).doc

上传者: 我是刷子 2012-07-26 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《嵌入式系统课程设计(基于ARM的温度采集系统设计)doc》,可适用于人文社科领域,主题内容包含目录一、设计内容设计目的设计意义二、设计方案设计要求方案论证三、硬件设计设计思路系统电路设计四、软件设计设计思路程序清单五、心得体会参考文献基于AR符等。

目录一、设计内容设计目的设计意义二、设计方案设计要求方案论证三、硬件设计设计思路系统电路设计四、软件设计设计思路程序清单五、心得体会参考文献基于ARM的温度采集系统摘要:本设计是基于嵌入式技术作为主处理器的温度采集系统利用SCBxARM微处理器作为主控CPU辅以单独的数据采集模块采集数据实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示等功能并讨论了如何提高系统的速度、可靠性和可扩展性。并解决了传统的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的高速发展。关键词:嵌入式系统ARMSCB温度采集数据处理Abstract:Thisdesignisbasedonembeddedtechnologyasthemainprocessorofthetemperatureacquisitionsystem,usingSCBxARMmicroprocessorasthehostCPU,supplementedbyaseparatedataacquisitionmodulescollectdata,implementintelligenttemperaturedatacollection,transmission,processinganddisplayfunctions,Andsolvethetraditionaldataacquisitionsystemsincethereareslowreactionandlowaccuracy,poorreliability,efficiency,lowoperationsuchcomplicateddefects,cancompletelysatisfymodernizedindustrialgrowthKeywords:EmbeddedsystemARMSCBTemperatureacquisitionDataprocessing一、设计内容设计目的、注重培养综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力培养创新意识和创新能力并获得科学研究的基础训练。、了解所选择的ARM芯片各个引脚功能工作方式计数定时IO口中断等的相关原理并巩固学习嵌入式的相关内容知识。、通过软硬件设计实现利用ARM芯片对周围环境温度信号的采集及显示。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、功耗有严格要求的专用计算机系统。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、面向应用的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的它具有很强的专用性必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的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、不断创新的知识集成系统。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的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以如果能建立相对通用的软硬件基础然后在其上开发出适应各种需要的系统是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减但是由于微内核的存在使得这种扩展能够非常顺利的进行。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。传统的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、操作方便的温度采集系统成为当务之急。基于ARM的温度采集系统就成为了解决传统温度采集系统各种弊端的优先选择方案。二、设计方案设计要求、查阅相关文献资料熟悉所选ARM芯片及温度传感器、总体设计方案规划、系统硬件设计熟悉AD转换原理及过程温度传感器与ARM芯片的硬件接口实现及温度显示。、系统软件设计包括温度的AD转换及显示的软件实现用C语言编程、设计心得体会及总结方案论证有许多客观需求促进了ARM处理器的设计改进。首先便携式的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的核从而延长了电池的使用时间。高的代码密度是嵌入式系统的又一个重要需求。由于成本问题和物理尺寸的限制嵌入式系统的存储器是很有限的。所以高的代码密度对于那些只限于在板存储器的应用是非常有帮助的。另外嵌入式系统通常都是价格敏感的因此一般都使用速度不高、成本较低的存储器。ARM内核不是一个纯粹的RISC体系结构这是为了使它能够更好的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内核的成功正是因为它没有在RISC的概念上沉入太深。现在系统的关键并不在于单纯的处理器速度而在于有效的系统性能和功耗。在本系统的设计过程中根据嵌入式系统的基本设计思想系统采用了模块化的设计方法并且根据系统的功能要求和技术指标系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想按照系统的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。三、硬件设计设计思路本设计的基于ARM的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图所示。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。并考虑到系统的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。本设计的基于ARM的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图所示。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。电源部分图 系统原理框图系统电路设计电源电路设计本系统的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:V恒定直流电源经电容滤波分别进入和稳压得到V和V的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IN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和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和上加散热片散热。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V铅蓄电池提供系统所需的恒定直流电源。图 系统电源电路原理图如图:IO口提供了相应的稳定直流电源。其中的IN是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。由于SCBx采用V作为ARM内核电源使用V作为IO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所示。由系统总电源电路提供的V稳压电源作为输入分别经AS、AS、AS稳压后输出V、V和V恒定电源为RAM内核和IO口提供了相应的稳定直流电源。其中的IN是为了防止电源输入反接烧坏集成稳压块而设计的。温度采集电路设计温度采集模块电路采用ATS单片机作为模块的协控制器。对于温度传感器的选用DSB因为DSB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、AD转换于同一芯片输出直接为数字信号大大提高了电路的效率。由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输大大提高了系统的抗干扰性且提高了CPU的效率。ATS单片机的P口与路温度传感器相连用于采集温度数据另外模块提供RS串行口与RAM核心控制模块通信达到数据传输的目的。温度采集模块电路原理图如图。图 温度采集电路原理图四、软件设计设计思路本系统软件设计是在CodeWarriorforADS开发环境下完成的。本温度数据采集与显示装置的主体由SCBx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的。而又由于系统采用了SCBox和ATS两个CPU协同工作所以软件的编写需要对这两个CPU分别编写以实现所要求的功能。程序流程图如图。图程序流程图由该流程图可看出刚上电时SCBx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显示和键盘在LCD上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态。在正常主程序循环状态中首先扫描键盘以快速的响应用户的按键操作若没有键值按下则ARM立即进行数据的采集、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处理器接收到正确的温度数据后立即进行相应的温度数据处理与转换变成可被LCD直接显示的正确温度值。程序清单温度处理与转换子程序如下:存放读取到的当前温度值未转换StaticUatempnow={*}存放经精度计算后的实际温度值高位整数部分低位小数部分staticUbtempnow={*}存放路转换后温度值,分别为百位,十位,个位,小数位staticUtempconventall={*}温度处理与转换子程序voidtempchange(void){Unegtive=x    存放数的符号若为正=若为负=xffUj=U*pt=tempconventallU*p=atempnowU*p=btempnowUtemp= for(j=j<j){ negative=x temp=*p 若温度为负值进行相应处理 if((tempxf)!=)  {    temp=(~temp)转为正的原码    negative=xff同时置符号为xff  }根据精度消除无关数据switch(atempprec){casexf:   精度为位,则清除最低位无效位     {temp=tempxfffbreak}casexf:   精度为位,则清除最低位无效位     {temp=tempxfffcbreak}casexf:   精度为位,则清除最低位无效位     {temp=tempxfffebreak}casexf:   精度为位     {break}  }换算成实际温度,并扩大倍,去掉小数部分temp=(U)((float)(temp)*)折算放入btempnow 数组中高位放整数部分低位放小数部分最高位放符号位if(negtive==xff)若为负值     {*p=((temp)<<)|(temp)|x} else    {*p=((temp)<<)|(temp)xfff}if(negative==xff)若为负值{(*pt)=x}else{(*pt)=tempx}(*pt)=tempx(*pt)=tempx(*pt)=tempxpp}转换完成后清除读回的原始温度p=atempnowfor(j=j>j){*p=x}}五、心得体会在这次ARM嵌入式系统课程设计中我们小组的设计课题是《基于ARM的温度采集系统设计》。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温度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温度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温度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温度采集系统的原理和应用。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的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、操作方便的温度采集系统成为当务之急。所以学习和应用温度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意义。在这次为期两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必须靠多人合作才能共同完成。在设计规划过程我们小组四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。参考文献周立功ARM嵌入式系统基础教程M北京:北京航空航天大学出版社周立功深入浅出ARMLPCXXM北京:北京航空航天大学出版社周立功从到ARM位嵌入式系统入门M北京:北京航空航天大学出版社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,杜春雷ARM体系结构与编程M北京:清华大学出版社王中训李树起等基于水温控制的数据采集系统M 煤矿机械出版社第卷第期:多路温度传感器协控制器RSARM处理器LCD显示器FlashROM存储器SDRAM存储器键盘电源电路ARM核心控制模块温度采集模块开始ARM初始化硬件装置初始化通信初始化LED显示初始化键盘初始化扫描键盘有键按下处理数值相应显示数据获取数据处理数据显示YN

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