基于ARM的溫濕度采集系統(tǒng)

1、編編 號號2 2 期期末末大大作作業(yè)業(yè) 題目：題目：基于 ARM 的溫濕度采集系統(tǒng) 物聯(lián)網工程 學院 計算機科學與技術 專業(yè) 學 號 學生姓名 仲其龍 指導教師 陳志國 二一三年五月 摘摘 要要 課題是基于 S3C44B0 x ARM 微處理器為核心，采用 LCD 液晶顯示，設計空氣中的溫 溫度和濕度數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)。設計的過程主要包括硬件設計和軟件設計，其中軟件設 計為 C 語言設計。系統(tǒng)的主要功能是從空氣中采集數(shù)據(jù)，通過 A/D 轉換器，轉換為數(shù)字 信號，并通過 LCD 液晶顯示屏顯示。實現(xiàn)了智能化的溫度數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與顯示 功能。 關鍵詞：ARM；S3C44B0 x；嵌入式系統(tǒng)；數(shù)

2、據(jù)采集 目目 錄錄 摘 要 .I 目 錄 .I 第 1 章 概述 .1 1.1 實驗目的及要求 .1 1.2 實驗內容 .1 第 2 章 設計原理 .2 2.1 硬件系統(tǒng)總體設計 .2 2.2 LCD 液晶顯示設計 .2 2.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介紹 .2 2.2.2 顯示控制 .3 2.2.3 電路設計 .3 2.3 A/D 轉換設計 .4 2.3.1 采樣保持接口 .4 2.3.2 分壓電路 .4 2.4 電源電路設計 .5 2.5 溫度采集電路設計 .6 第 3 章 設計步驟 .7 3.1 軟件設計 .7 3.2 關鍵代碼 .8 第 4 章 實驗結果及結果分析 .12

3、 4.1 實驗結果 .12 4.2 實驗結果分析 .12 第 5 章 小結 .12 參考文獻 .13 第第 1 章章 概述概述 1.1 實驗目的及要求實驗目的及要求 目前嵌入式系統(tǒng)的研究和應用中，ARM 芯片的使用越來越廣泛。本課程的目的是了解 嵌入式系統(tǒng)基礎理論的前提下，掌握一些常用的 ARM 處理器相關的匯編語言和 C 語言程序 設計方法，熟悉基于 S3C44B0X 芯片的硬件接口設計方法，學會使用 ARM 集成開發(fā)環(huán)境， 從而了解嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計過程，為今后從事相關領域的應用和研究打好基礎。通過 大作業(yè)期望可以實現(xiàn)如下目的： 一、掌握一種 ARM 的開發(fā)工具使用方法； 二、掌握 S

4、3C44B0X ARM 處理器的原理和接口設計方法； 三、掌握 ARM 的 C 語言和匯編語言編程方法； 四、培養(yǎng)選用參考書、查閱技術手冊及相關參考文獻的能力； 五、培養(yǎng)獨立思考、分析問題和解決問題的能力； 六、培養(yǎng)嚴肅認真的學習風氣和良好的溝通協(xié)作能力。 1.2 實驗內容實驗內容 題目題目：基于 ARM 的溫濕度顯示系統(tǒng) 具體要求：具體要求： 1以 S3C44B0X 的 ARM 處理器為核心，選擇合適的元器件，設計一個空氣中的溫度和濕 度 的顯示系統(tǒng)； 2溫度傳感器和濕度傳感器的類型不限，要求溫度測量范圍為-20+60，濕度測量范 圍 為 10%90%； 3溫度和濕度的顯示，可以采用八段數(shù)碼

5、管或 LCD 液晶屏的形式； 4要求給出 S3C44B0X 和主要裝置的硬件連接電路圖（原理圖） ； 5要求編寫相關的溫濕度采集和顯示程序，并給出合理的程序注釋。 第第 2 章章 設計原理設計原理 2.1 硬件系統(tǒng)總體設計硬件系統(tǒng)總體設計 在本系統(tǒng)的設計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的基本設計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設計 方法；并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術指標，系統(tǒng)遵循自上而下、由大到小、由粗到細 的設計思想；按照系統(tǒng)的功能層次，在設計中把硬件和軟件分成若干功能模塊分別設計 和調試，然后全部連接起來統(tǒng)調。 本設計的基于ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集和顯示裝置的原理框圖如圖1所示。由圖可見， 本系統(tǒng)采用“電源

6、部分ARM 核心控制模塊溫度采集模塊”實現(xiàn)所需功能。下面分別 對各部分的工作原理做簡要的說明： 多路溫度傳感器協(xié)控制器RS-232 電源電路 ARM處理器 LCD顯示 鍵盤 Flash ROM存儲 器 SDRAM存儲器 圖1 為了實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的功能和指標，并考慮到系統(tǒng)的可擴展性和延伸性，本系統(tǒng)采用 主從CPU協(xié)同工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸與顯示，具有處理速度快、精度高、人 機交互界面友好、穩(wěn)定性高、擴展性好等優(yōu)點。 2.2 LCD 液晶顯示設計液晶顯示設計 2.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介紹控制器介紹 S3C44B0X 處理器集成 LCD 控制器，支持 4 位單掃描、4

7、位雙掃描和 8 位單掃描工作 方式。處理器使用內部 RAM 區(qū)作為顯示緩存，并支持屏幕水平和垂直滾動顯示。數(shù)據(jù)的 傳送采用 DMA（直接內存訪問）方式，以達到最小的延遲。根據(jù)實際硬件水平和垂直像素 點數(shù)、傳送數(shù)據(jù)位數(shù)、時間線和幀速率方式等進行編程以支持多種類型的液晶屏。可以 支持的液晶類型有： - 單色液晶 - 4 級或 16 級灰度屏（基于時間抖動算法或幀速率控制-FRC） - 256 色彩色液晶（STN 液晶） 2.2.2 顯示控制顯示控制 LCD 控制器主要提供液晶屏顯示數(shù)據(jù)的傳送、時鐘和各種信號的產生與控制功能。 S3C44B0X處理器的LCD控制器主要部分框圖如圖2所示： 寄存器控制

8、 數(shù)據(jù)控制DMA傳送控制 信號產生電路 3232 32 System Bus VCLK VD3：0 VM VFRAME VLNE VD7：3 圖2 LCD控制框圖 2.2.3 電路設計電路設計 進行液晶屏控制電路設計時必須提供電源驅動、偏壓驅動以及LCD 顯示控制器。由于 S3C44B0X處理器本身自帶LCD 控制器，而且可以驅動實驗板所選用的液晶屏，所以控制 電路的設計可以省去顯示控制電路，只需進行電源驅動和偏壓驅動的電路設計即可。 圖 3 液晶顯示電路 2.3 A/D 轉換設計轉換設計 2.3.1 采樣保持接口采樣保持接口 在S3C44B0X中A/D模塊有8 個模擬輸入通道，通道的切換可以

9、由內部的定時器完成。 如果要進行8個通道連續(xù)變化的信號的轉換，還必須在8個通道全部加采樣保持器,采樣保 持的接口電路如下圖。模擬輸入信號為需要轉換的信號，驅動控制信號可以通過編程利 用ARM里面的timer產生，也可以通過I/O 口來控制，輸出信號直接接到A/D模塊中的輸入 通道。 圖4 采樣保持接口 2.3.2 分壓電路分壓電路 分壓電路比較簡單，為了保證電壓轉換時是穩(wěn)定的，可以直接調節(jié)可變電阻得到穩(wěn)定 的電壓值。 圖 5 分壓電路 2.4 電源電路設計電源電路設計 本系統(tǒng)的電源電路由兩部分組成：系統(tǒng)總電源電路和RAM核心模塊電源電路。如圖： +12V恒定直流電源經電容濾波，分別進入7809

10、和7805穩(wěn)壓，得到+9V和+5V的穩(wěn)定電壓輸 出后分別供給ARM核心控制模塊和其余電路部分使用。圖中IN4148是為了防止輸出端并 接高于本穩(wěn)壓模塊的輸出電壓而燒壞7809和7805而特別設計，達到了可靠性電源設計目 的。另外，由于系統(tǒng)正常工作電流較大，因此使用時均應在7809和7805上加散熱片散熱。 由圖可見，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6 電源電路 2.5 溫度采集電路設計溫度采集電路設計 溫度采集模塊電路如圖?？紤]到系統(tǒng)成本因素，此處采用AT89S52單片機作為模塊的協(xié)控制

11、器。 對于溫度傳感器的選用DS18B20，因為DS18B20是Dallas公司最新單總線數(shù)字溫度傳感器，該傳感器集 溫度變換、A/D轉換于同一芯片，輸出直接為數(shù)字信號，大大提高了電路的效率。由于現(xiàn)場溫度直接 以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，且提高了CPU的效率。圖4中AT89S52 單片機的P0 口與8路溫度傳感器相連，用于采集溫度數(shù)據(jù)；另外，模塊提供RS-232串行口與RAM核心 控制模塊通信，達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?圖 7 溫度采集電路 第第 3 章章 設計步驟設計步驟 3.1 軟件設計軟件設計 本溫度數(shù)據(jù)采集與顯示裝置的主體由S3C44B0 x核心控制模塊和溫度數(shù)據(jù)

12、采集模塊構 成，所以系統(tǒng)軟件也是圍繞這兩個模塊來編寫的。而又由于系統(tǒng)采用了 S3C44Box和 AT89S52兩個CPU協(xié)同工作，所以軟件的編寫需要對這兩個CPU分別編寫，以實現(xiàn)所要求的 功能。 開始 ARM初始化 硬件裝置初始化 掃描鍵盤 處理按鍵 鍵盤初始化 LCD顯示初始化 相應顯示 數(shù)據(jù)獲取 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)顯示 有鍵按下Y N 軟件設計流程圖 由該流程圖可看出，剛上電時，S3C44B0 x 要先進行 ARM 內部的初始化，以使 ARM 進 入相應的狀態(tài)和模式；然后初始化硬件裝置，以使硬件系統(tǒng)可以正常支持溫度數(shù)據(jù)采集； 接著通信初始化，以確定溫度采集模塊與 ARM 核心控制模塊連接正常，

13、并通過 UART 復位 溫度數(shù)據(jù)采集模塊，確保其進入正常溫度數(shù)據(jù)采集狀態(tài)；然后初始化 LCD 顯示和鍵盤， 在 LCD 上顯示相應的 菜單列表，供用戶通過鍵盤選擇操作；至此，系統(tǒng)初始化完成，并 進入正常主程序循環(huán)狀態(tài)。 在正常主程序循環(huán)狀態(tài)中，首先掃描鍵盤，以快速的響應用戶的按鍵操作；若沒有 鍵值按下，則 ARM 立即進行數(shù)據(jù)的采集、處理與顯示，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集與顯示等功 能。 3.2 關鍵代碼關鍵代碼 LCD 液晶屏初始化：液晶屏初始化： void lcd_init(void) rDITHMODE = 0 x12210; rDP1_2= 0 xa5a5; rDP4_7= 0 xba5da6

14、5; rDP3_5= 0 xa5a5f; rDP2_3 = 0 xd6b; rDP5_7 = 0 xeb7b5ed; rDP3_4= 0 x7dbe; rDP4_5 = 0 x7ebdf; rDP6_7 = 0 x7fdfbfe; / disable,8B_SNGL_SCAN,WDLY=16clk,WLH=16clk, rLCDCON1= (0 x0)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR12); / LINEBLANK=10 (without any calculation) rLCDCON2 = (LINEVAL)|(HOZVAL

15、_COLOR10)|(1021); rLCDCON3 = 0; / 256-color, LCDBANK, LCDBASEU rLCDSADDR1 = (0 x322)1); rLCDSADDR2=M5D(unsigned int)g_unLcdActiveBuffer+(SCR_XSIZE*LCD_YSIZE)1) | (MVAL21);、 rLCDSADDR3 = (LCD_XSIZE/2) | ( (SCR_XSIZE-LCD_XSIZE)/2)9 ); /The following value has to be changed for better display. rREDLUT

16、=0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000 rGREENLUT=0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000 rBLUELUT =0 xfb40; / 1111 1011 0100 0000 rLCDCON1=(0 x1)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR 12); rPDATE=rPDATE lcd_clr(); LCDLCD顯示溫度濕度代碼：顯示溫度濕度代碼： /- /顯示溫度濕度 /- void

17、 word_view320 x240 x256(UINT8T *pBuffer) UINT32T i, j; UINT32T *pView = (UINT32T*)g_unLcdActiveBuffer; for (i = 0; i SCR_XSIZE * SCR_YSIZE / 4; i+) *pView = (*pBuffer) 24) + (*(pBuffer+1) 16) + (*(pBuffer+2) 8) + (*(pBuffer+3); pView+; pBuffer += 4; 相應溫度處理與轉換子程序：相應溫度處理與轉換子程序： /存放讀取到的當前溫度值，未轉換 static

18、 U16 a-temp-now8=8*0 /存放經精度計算后的實際溫度值，高8位整數(shù)部分，低8位小數(shù)部分 static U16 b-temp-now8=8*0; /存放8路轉換后溫度值,分別為百位,十位,個位,小數(shù)位 static U8 temp-convent-all32=32*0; /- /溫度處理與轉換子程序 /- void temp-change(void) U8 negtive=0 x00; /存放數(shù)的符號，若為正=0；若為負，=0 xff U8 j=0; U8 *pt=temp-convent-all; U16 *p1=a-temp-now; U16 *p3=b-temp-now;

19、 U16 temp=0; for(j=0;j8;j+) negative =0 x00; temp=*p1; /若溫度為負值，進行相應處理 if(temp break; case 0 x3f: /精度為10位,則清除最低2位無效位 temp=temp break; case 0 x5f: /精度為11位,則清除最低1位無效位 temp=temp break; case 0 x7f: /精度為12位 break; /換算成實際溫度,并擴大10倍,去掉小數(shù)部分 temp=(U16)(float)(temp)*0.625); /折算放入b-temp-now 數(shù)組中 /高8位放整數(shù)部分，低8位放小數(shù)部分，最高位放符號位 if(negtive= 0 xff) /若為負值 *p3=(temp/10)8)|(temp%10)|0 x8000; else *p3=(temp/10)0;j-) *p1+=0 x0; 第第 4 章章 實驗結果及結果分析實驗結果及結果分析 4.1 實驗結果實驗結果 工作模式顯