基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、基于ARM勺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)詢(xún)南煌粵憾課程實(shí)習(xí)報(bào)告實(shí)習(xí)名稱(chēng)：嵌入式課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：師凱學(xué)號(hào)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：曹玲玲完成時(shí)間：一報(bào)告成績(jī)：一評(píng)閱意見(jiàn)：評(píng)閱教師日期目錄一、設(shè)計(jì)要求 1二、設(shè)計(jì)的作用及目的 1三、課題分析 1四、系統(tǒng)組成及工作原理 2五、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25.1硬件設(shè)計(jì)思路 25.2電源電路設(shè)計(jì) 35.3基本應(yīng)用系統(tǒng) 45.4人機(jī)接口電路 45.5 A/D采樣電路 55.6 JTAG調(diào)試電路 5六、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 66.1軟件設(shè)計(jì)思路 66.2軟件調(diào)試問(wèn)題分析及解決辦法 7七、心得體會(huì)及建議 7八、參考文獻(xiàn) 82基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于ARM勺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)要求1、

2、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉所選的 ARM（ S3C44B0芯片。2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，熟悉AD轉(zhuǎn)換原理及過(guò)程，12864液晶與ARM芯片的硬件接 口實(shí)現(xiàn)及顯示。3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括采集電壓的 AD轉(zhuǎn)換及顯示的軟件實(shí)現(xiàn)，用 C語(yǔ)言編 程。二、設(shè)計(jì)的作用及目的本設(shè)計(jì)是基于S3C44B0 ARM芯片為主控處理器，實(shí)現(xiàn)了電壓的實(shí)時(shí)采集、 傳輸、處理、12864液晶上的顯示等功能，并討論了如何提高系統(tǒng)的速度、可 靠性和可擴(kuò)展性。并解決了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在的響應(yīng)慢、精度低、可靠 性差等弊端，能夠完全適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展。1、注重培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)、獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新 意識(shí)和創(chuàng)新能

3、力，并獲得科學(xué)研究的基礎(chǔ)訓(xùn)練。2、 了解所選擇的ARM芯片各個(gè)引腳的功能、工作方式、計(jì)數(shù)/定時(shí)、I/O 口、 中斷等相關(guān)原理，并鞏固學(xué)習(xí)嵌入式的相關(guān)內(nèi)容知識(shí)。3、通過(guò)軟件和硬件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)利用 ARM芯片對(duì)模擬量的采集、轉(zhuǎn)換、處理及 顯示。三、課題分析數(shù)據(jù)采集（DAQ）,是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自 動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是 結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專(zhuān)用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶(hù) 自定義的測(cè)量系統(tǒng)。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的各種物理量，如溫度、 水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集一般是采樣方

4、 式，即隔一定時(shí)間（稱(chēng)采樣周期）對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是 瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)量測(cè)是數(shù)據(jù)采集的基 礎(chǔ)。數(shù)據(jù)量測(cè)方法有接觸式和非接觸式，檢測(cè)元件多種多樣。不論哪種方法和 元件，均以不影響被測(cè)對(duì)象狀態(tài)和測(cè)量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。本課程設(shè)計(jì)研究基于ARM勺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)S3C44B（芯片自帶的8路 10位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬量電壓采樣，采集的數(shù)據(jù)由主控芯片處理，送至LCD12864液晶實(shí)時(shí)顯示。四、系統(tǒng)組成及工作原理本系統(tǒng)采用的是S3C44B0 ARM7系列主控芯片，由晶振電路和復(fù)位電路構(gòu) 成了基本應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)包括 AD采樣部分（芯片內(nèi)部自帶的

5、8路10位A/D變 換器）、12864液晶顯示部分、JTAG在線下載調(diào)試部分、電源模塊分別給系統(tǒng) 提供CPU內(nèi)核所需的2.5V電壓和芯片所需的3.3V電壓及液晶所需的5V電壓。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電位器電壓的變化的采集，由芯片內(nèi)部自帶的8路10位A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量變成數(shù)字量通過(guò)系統(tǒng)的一系列處理，在12864液晶上實(shí)時(shí)顯示。圖1系統(tǒng)原理框圖五、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1硬件設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)的基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和顯示裝置的原理框圖如圖 1所示。有 圖可見(jiàn)，本系統(tǒng)采用“電源部分+ARh核心控制模塊+電壓的采集模塊”實(shí)現(xiàn)所 需的功能。并考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和延伸性，本系統(tǒng)采用主從CPU協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了電壓的實(shí)時(shí)

6、采集、傳輸與顯示，具有處理速度快、精度高、人機(jī)交 互界面友好、穩(wěn)定性高、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)。5.2電源電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電源電路由三部分組成，系統(tǒng)總電源電路和RAM核心模塊電源電路及液晶所需要的電源電路。如圖 2： 220V的交流電經(jīng)過(guò)降壓變壓器和整流得 到+12V恒定直流電源經(jīng)電容濾波，分別進(jìn)入 7805和7905穩(wěn)壓，得到+5V和-5V 的穩(wěn)定電壓輸出后分別供給12864液晶顯示，然后5V的電壓分別經(jīng)AMS1117- 2.5 和 ASM1117-3.3 2.5V 供給 S3C44B0勺內(nèi)核，轉(zhuǎn)變?yōu)?3.3V 供給 S3C44B0勺 I/O 口和其余電路部分使用。圖中IN4148是為了防止輸出端并

7、接高于本穩(wěn)壓模 塊的輸出電壓而燒壞7905和7805而特別設(shè)計(jì)，達(dá)到了可靠性電源設(shè)計(jì)目的。 另外，由于系統(tǒng)正常工作電流較大，因此使用時(shí)均應(yīng)在7809和7805上加散熱片散熱。由圖可見(jiàn)，系統(tǒng)采用雙電源供電，提供了系統(tǒng)正常工作所需的電源電 壓。另外，由于考慮到便攜目的，本系統(tǒng)采用 +12V鉛蓄電池提供系統(tǒng)所需的恒 定直流電源。圖2系統(tǒng)電源電路原理如圖2: I/O 口提供了相應(yīng)的穩(wěn)定直流電源。由于S3C44B（采用2.5V作為ARM內(nèi)核電源，使用3.3V作為I/O 口電壓，故ARM核心控制模塊電源需要另 外單獨(dú)設(shè)計(jì)，其電源電路如圖3-2所示。由系統(tǒng)總電源電路提供的+5V穩(wěn)壓電 3基于ARM的數(shù)據(jù)采集

8、系統(tǒng)源作為輸入，分別經(jīng)7805、AS1117-3.3、AS1117-2.5穩(wěn)壓后，輸出5.0V、3.3V和2.5V恒定電源，為RAM內(nèi)核和I/O 口提供了相應(yīng)的穩(wěn)定直流電源5.3基本應(yīng)用系統(tǒng)33 V74HC32S3C44B0圖3基本應(yīng)用系統(tǒng)基本應(yīng)用系統(tǒng)包括S3C44B（主控芯片、晶振和復(fù)位電路。主控芯片控制整 個(gè)系統(tǒng)工作，晶振為系統(tǒng)正常工作提供動(dòng)力，復(fù)位電路使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，包括 了上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，復(fù)位電路的兩種方法的原理都是低電平復(fù)位。5.4人機(jī)接口電路人機(jī)接口電路如下圖4所示:A5VVDDBI.ARS/CS R/W/SID E/CLK PSB VSS BLK1aU1B4136DATA

9、OEATA1DATA25135613415S3C44B0人機(jī)接口電路負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、顯示，以及鍵控模式的切換、參數(shù)的設(shè)定 等功能。人機(jī)接口交互電路由矩陣鍵盤(pán)、LCD12864液晶兩部分組成，其電路原理圖如圖4所示。主控芯片采用 S3C44B（芯片，芯片的DATA0 DATA1 DAYA2 分別接 LCD12864的 CS SID、SCLK5.5 A/D采樣電路圖5電壓采樣電路原理圖本系統(tǒng)用于電壓采集，采用 S3C44B（芯片自帶的8路10位A/D轉(zhuǎn)換器。當(dāng) 扭動(dòng)電位器時(shí)相應(yīng)的AD采集的電壓也會(huì)改變，經(jīng)過(guò)主控芯片的處理在LCD12684液晶上實(shí)時(shí)顯示。5.6 JTAG調(diào)試電路3.5VML ZZJ

10、TAG圖6 JTAG調(diào)試電路原理圖JTAG最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，JTAG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一 個(gè)TAP（Test Access Port ;測(cè)試訪問(wèn)口）通過(guò)專(zhuān)用的 JTAG測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié) 點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。JTAGM試允許多個(gè)器件通過(guò)JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè) JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試。如今， JTAG接口還常用于實(shí)現(xiàn)ISP（In-System Programmer，在系統(tǒng)編程），對(duì) FLASH等器件進(jìn)行編程。JTAG編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程然后再裝到板上，簡(jiǎn)化的流程為先固定器件到電路板上，再用JTAG編程，從而大大加快工程進(jìn)度。JTAG

11、接口可對(duì)DSP芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行編程。六、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1軟件設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是在 CodeWarrior for ADS 開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成的。本電壓數(shù) 據(jù)采集與LCD12864液晶顯示裝置的主體由S3C44B0核心控制模塊和電壓數(shù)據(jù)采 集模塊構(gòu)成，所以系統(tǒng)軟件也是圍繞這兩個(gè)模塊來(lái)編寫(xiě)的。實(shí)現(xiàn)所要求的功 能，程序流程圖如圖7。圖7程序流程圖由該流程圖可看出，剛上電時(shí)，S3C44B（要先進(jìn)行ARM內(nèi)部的初始化，以 使ARMS入相應(yīng)的狀態(tài)和模式；然后初始化硬件裝置，以使硬件系統(tǒng)可以正常支持電壓數(shù)據(jù)采集；接著通信初始化，以確定電壓采集模塊與ARM核心控制模塊連接正常，并通過(guò)UART復(fù)位電壓

12、數(shù)據(jù)采集模塊，確保其進(jìn)入正常電壓數(shù)據(jù)采 集狀態(tài)；然后初始化LCD顯示和鍵盤(pán)，在LCD上顯示相應(yīng)的菜單列表，供用戶(hù) 通過(guò)鍵盤(pán)選擇操作；至此，系統(tǒng)初始化完成，并進(jìn)入正常主程序循環(huán)狀態(tài)。其主程序包括溫度采集程序、ARM獲取溫度子程序、溫度處理和轉(zhuǎn)換子程 序。當(dāng)ARM處理器接收到正確的溫度數(shù)據(jù)后，立即進(jìn)行相應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)處理與 轉(zhuǎn)換，變成可被LCD直接顯示的正確電壓值。6.2軟件調(diào)試問(wèn)題分析及解決辦法1、ADS軟件使用不熟練導(dǎo)致各種各樣的小問(wèn)題。2、沒(méi)有正確對(duì)S3C44B（芯片I/O 口初始化。3、A/D采樣程序沒(méi)有初始化。4、12864液晶顯示程序沒(méi)有延時(shí)。5、程序相對(duì)應(yīng)的頭文件沒(méi)有添加，導(dǎo)致寄存器無(wú)

13、法識(shí)別。通過(guò)對(duì)ADS編程軟件的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)使用了 ADS軟件的開(kāi)發(fā)、編譯、調(diào)試方 法學(xué)會(huì)了跟蹤/調(diào)試程序，掌握斷點(diǎn)的設(shè)置與取消，對(duì)自己編寫(xiě)的代碼進(jìn)行編 譯，以及下載到開(kāi)發(fā)板上。當(dāng)我軟件調(diào)試遇到問(wèn)題時(shí)，通過(guò)查閱書(shū)籍、上網(wǎng)查 資料之外，還有我們實(shí)驗(yàn)室的師兄師姐的鼎力相助。使我的這些問(wèn)題迎刃而 解。七、心得體會(huì)及建議在這次ARM嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中，我們小組的設(shè)計(jì)課題是基于 ARM的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì) ARM嵌入式系統(tǒng)尤其是數(shù)據(jù)處 理中的電壓采集系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的了解，同時(shí)知識(shí)面也進(jìn)一步得到了擴(kuò)展和 加深。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是對(duì)基于傳統(tǒng)電壓采集系統(tǒng)的使用環(huán)節(jié)中遇到的 一些問(wèn)

14、題提出的一種改進(jìn)方法，有助于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更好的發(fā)展與使用，幫助 我們更好的理解嵌入式系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理和應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集是一種直 接數(shù)字處理方法。所謂電壓采集系統(tǒng)，就是通過(guò)扭動(dòng)電位器使A/D采集的電壓發(fā)生變化后經(jīng)過(guò)收集與處理，最后得到我們所需要的有用的數(shù)字信號(hào)并送入系 統(tǒng)的下一環(huán)節(jié)進(jìn)行其他操作。目前，由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在響應(yīng)慢、精 度低、可靠性差、效率低、操作繁瑣等弊端，已經(jīng)不能完全適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)的 高速發(fā)展。隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，設(shè)計(jì)高速度、高效率、低成本、高可 靠性、操作方便的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。所以，學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)及其應(yīng)用技術(shù)對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作有著十分重

15、要的意義。在這次為期一周課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我深深的感觸到了團(tuán)隊(duì)合作的重要 性，尤其是在當(dāng)今的社會(huì)工作中，一個(gè)人的力量在一個(gè)巨大的任務(wù)前是那么的 渺小，必須靠多人合作才能共同完成。在設(shè)計(jì)規(guī)劃過(guò)程，我們小組三個(gè)人親密 無(wú)間的合作，使得本次課程設(shè)計(jì)能夠非常順利地完成，在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 每個(gè)人都能按要求很好的完成分配給自己的任務(wù)，最后大家一起通過(guò)討論把所 有任務(wù)串連起來(lái)完成總的設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題 相結(jié)合開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣將理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓 我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是會(huì)遇 到這樣或

16、那樣的問(wèn)題。有時(shí)一個(gè)問(wèn)題可能會(huì)需要大家集體去查閱資料，做大量 的工作，花大量的時(shí)間才能解決。通過(guò)不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，自然而 然，我的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力便在其中建立起來(lái)了。這都為以后的工作 積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也增強(qiáng)了我們解決問(wèn)題的能力。八、參考文獻(xiàn)1 .熊茂華、楊震倫ARM體系結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社2009年.2 .邱鐵ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程M.北京：清華大學(xué)出版社2009年.3 .王孝良 基于ARM平臺(tái)的嵌入式核心編程M.北京：清華大學(xué)出版社2011 年.4 .劉迎春C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)M.北京：.北京大學(xué)出版社，2006.5 .王田苗 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)M.北京

17、：清華大學(xué)出版社2003年.6 .杜春雷ARM體系結(jié)構(gòu)與編程M.北京：.清華大學(xué)出版社2003年.8基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10附錄1總原理圖人機(jī)接口電路VD DBLARS/CSR/W/ SI DE/CLKPSBVSSBLKLC D12864基本應(yīng)用系統(tǒng)3.3VAD采樣模塊JTA G模塊3. 3VV13V3V2足玉V4U51AMS1117-3.32.5V3.3VC112103104104N2OutC1117-2.5Out5V U4O 1|-C13 i1033U1C13AI N1S3C 44B 042 U1D5791145444346S3C 44B 05V413615U1BS3C 44B 0nT

18、R STTDITM STC KTDOCCG亙6-A TA0A TA1A TA2AI N0電源模塊5Vo二4-4C7半謂11031JC5J斗790十C8半C1洱 訂N1基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)附錄2源程序主程序/*#in elude .i ncma in.h#in elude .i nc12864.h#in elude .i ncADC.h/我們用這個(gè)片編存儲(chǔ)我們的IRQ ISR入口地址U32 plrqStart = 0;U32 pIrqFi nish = 0;U32 pIrqHa ndler = 0;/*主函數(shù)*/ int mai n(void)sysUtilsSetPIIValue (24,

19、 6, 1); / 設(shè)置片內(nèi)的鎖相環(huán)IoConfig (); /io 端口的初始化Clr_Pled(); /關(guān)閉跑馬燈Clr_DZ(); /關(guān)閉點(diǎn)陣顯示Clr_led(); /關(guān)閉數(shù)碼管顯示ADC_I nit(void); /ADC 初始化lcdnit(); / 初始化 LCDconsole_init (115200); / 初始化控制臺(tái)while(1)ADC_Test(); while(1);return 0;15* *AD采樣程 *#include .incADC.h #in clude .i nc12864.h void ADC_I nit(void)rCLKCON = rCLKCON

20、| (112); / 控制系統(tǒng)主時(shí)鐘進(jìn)入 ADC單元模塊 rADCCON = 0x1|(02);sysUtilsUSecDelay(100); / 延時(shí)若干個(gè) 100usrADCPSR = 10;un sig ned short Read_Adc( un sig ned char ch)int i;static int prevCh= - 1;if(prevCh!=ch)rADCCON = 0x1|(ch2); / 設(shè)置 AD 轉(zhuǎn)換通道for(i=0;i150;i+); / 最小 15uSrADCCON=0x1|(ch2); / 開(kāi)始 AD 轉(zhuǎn)換while(rADCCON & 0x1); /

21、避免標(biāo)志 FLAG 錯(cuò)誤while(!(rADCCON & 0x40);/ 等待 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束for(i = 0; i rADCPSR; i+); / 避免第二次標(biāo)志 FLAG 錯(cuò)誤prevCh=ch;return rADCDAT; / 返回 AD 轉(zhuǎn)換值void ADC_Test(void)int a0=0 , b0=0 ;ADC_Init() ; /模數(shù)轉(zhuǎn)換初始化while( !( kbhit & (getkey()=ESC_KEY)a0 = Read_Adc(O); /ADC 某一通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，返回轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)b0=a0*2.500/1024;displayi nt(3,3,b0);)*

22、12864液晶顯示程序 *#in clude .i nc12864.h#include .incsysUtils.h/總線地址聲明volatile U8 * LCD12864_MAdd = (volatile U8 *)(0x6000000);#defi ne LCD12864_WR_H() rPDATC|=0x01;#defi ne LCD12864_WR_L() rPDATC&=0x01;void lcd_wcmd(U8 cmd);void lcd_wdat(U8 dat);void lcdn it(void);void lcd_pos(U8 X,U8 Y);static U8 dis1 = 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);U8 IRDIS2;U8 IRCOM4;void lcd_wcmd(U8 cmd)sysUtilsUSecDelay(150000);LCD12864_WR_L();LCD12864_MAdd=cmd;sysUtilsUSecDelay(15000);void lcd_wdat(U8 dat)sysUtilsUS