ARM嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 . . . 嵌入式系統(tǒng)二課程設(shè)計(jì)報(bào)告高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)班級(jí):學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)日期：2013年7月1日 至 2013年7月5日設(shè)計(jì)題目：基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的主要容：設(shè)計(jì)嵌入式技術(shù)作為主處理器的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，基于S3C44B0X處理器的高速、高精度、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一套通用性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)高速和高精度信號(hào)采集，顯示與傳輸?shù)裙δ?。并討論如何提高系統(tǒng)的速度、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。指導(dǎo)教師：2013年6月30日教師評(píng)閱意見(jiàn)書(shū)：評(píng)閱教師： 2013 年 月 日摘 要近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理顯得越發(fā)重要，數(shù)據(jù)采集的速

2、度和精度是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的兩個(gè)主要方向。單片機(jī)、ARM、DSP 等各種微處理器的廣泛應(yīng)用，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)有效的平臺(tái)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行高速和高精度的采集以與對(duì)采集數(shù)據(jù)處理的研究和設(shè)計(jì)是本課題的主要任務(wù)。本文基于ARM7S3C44B0X處理器的高速、高精度、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用ARM7S3C44B0X豐富的功能接口和較高的工作頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)處理的功能。本文介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的國(guó)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)本系統(tǒng)的主要芯片進(jìn)行了選型尤其是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7663的接口電路。將系統(tǒng)化分成各個(gè)功能單元并對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行分析。并提供了原理圖和總體電路圖，并編寫(xiě)了程序代碼，最后提出了關(guān)

3、于高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)。該系統(tǒng)具有成本低、功耗低、識(shí)別性能強(qiáng)與智能程度高等優(yōu)點(diǎn)，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：ARM，S3C44B0X，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，AD766328 / 28一緒論1.1課題的背景與研究意義隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集裝置具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，受產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本等多方面因素影響，通常需要對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集裝置是解決這一問(wèn)題的有效手段。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集裝置可獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬間物理過(guò)程的有力工具, 也是獲取科學(xué)奧秘的重要段之一。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了得到我們需要的數(shù)據(jù)，通常需要將一些由傳感器輸出的模擬

4、信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。再通過(guò)計(jì)算機(jī)或者處理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理。這種過(guò)程即被稱為數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集裝置在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，己滲透到了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、地質(zhì)勘測(cè)、醫(yī)藥器械、電子通信、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，為人類更好的獲取各種信息提供了便利的條件。綜上可知，研究通用化高精度數(shù)據(jù)采集技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效提高生產(chǎn)管理的自動(dòng)化水平，對(duì)于提高我國(guó)勞動(dòng)生產(chǎn)率和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的意義。1.2 論文的主要容本文以基于ARM的嵌入式系統(tǒng)為核心，并綜合應(yīng)用高精度數(shù)據(jù)采集方法和網(wǎng)絡(luò)通信接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于ARM的通用高精度數(shù)據(jù)采集裝置。在分析國(guó)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，考慮到數(shù)據(jù)的采集速度、精度和系統(tǒng)可擴(kuò)展性， ARM7

5、微控制器S3C44B0X，設(shè)計(jì)出一套通用性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了高速和高精度信號(hào)采集，顯示與傳輸?shù)裙δ?。二?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)本文設(shè)計(jì)了一種基于ARM7S3C44B0X處理器的高速、高精度、多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是：(1) 實(shí)時(shí)性強(qiáng)。系統(tǒng)的主要工作是對(duì)大量的過(guò)程狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析等。因此要求硬件上必須要有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和優(yōu)先級(jí)中斷信息處理電路。(2) 可靠性高。他是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要要求。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往是安放在被控對(duì)象的工作環(huán)境中，所以不僅溫度、濕度大，而且腐蝕多，干擾也很多，要求系統(tǒng)有較好的抗干擾能力和采集速

6、度。(3) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，性能優(yōu)良。2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有硬件和軟件兩部分組成。而硬件部分主要完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)功能，軟件部分則完成對(duì)硬件控制、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該系統(tǒng)的控制核心S3C44B0X。它為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了高性價(jià)比和高性能的微控制器解決方案。為了降低成本，S3C44B0X提供了豐富的置部件：8KB Cache，可選的部SRAM，LCD控制器，帶自動(dòng)握手的2通道UART，4通道DMA，系統(tǒng)管理器（片選FP/EDO/SDRAM控制器），帶PWM功能的5通道定時(shí)器，I/O端口，RTC，8通道10為ADC，IIC總線接口，IIS總線接口，

7、同步SIO接口和PLL倍頻器。S3C44B0X采ARM7TDMI核，0.25um工藝的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編譯器。它低功耗，精簡(jiǎn)，出色和全靜態(tài)的設(shè)計(jì)特別適用于成本和功耗敏感的應(yīng)用。同樣S3C44B0X還采用了一種新的總線結(jié)構(gòu)，即SAMBAII(SAMSUNG ARM CPU 嵌入式微處理器總線結(jié)構(gòu))。S3C44B0X的顯著特性時(shí)它的CPU核，是由ARM公司設(shè)計(jì)的16或32位的ARM7TDMI最高為66MHz的 RISC處理器。微處理器S3C44B0X提供全面的，通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路中除處理器以外的元器件配置，從而最小化系統(tǒng)的成本。系統(tǒng)以S3C44B0X為數(shù)據(jù)采集模塊核心處理器

8、，采用模塊化方法設(shè)計(jì)，按照功能的不同，分為電源電路、通道選擇電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、通信電路、多路開(kāi)關(guān)與信號(hào)調(diào)理電路、計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖2-2所示模擬通道二模擬通道七模擬通道八模擬轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)緩存模擬通道一多路開(kāi)關(guān)電壓跟隨微處理器顯示鍵盤(pán)2-2 高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作流程：傳感器輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的處理（包括隔離、變換、放大、濾波等各種處理）以滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片對(duì)輸入電平和信號(hào)質(zhì)量的要求，然后通過(guò)多路開(kāi)關(guān)進(jìn)行信號(hào)選擇，選通的信號(hào)由高性能高速電壓反饋放大器AD8021的進(jìn)一步的處理獲得更精確，精度更高的模擬信號(hào)，在微處理器的控制下模擬信號(hào)通

9、過(guò)16位逐次漸近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7663的轉(zhuǎn)換處理存入數(shù)據(jù)緩存，進(jìn)一步通過(guò)S3C44B0X處理器的控制的顯示、鍵盤(pán)模塊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換功能。同時(shí)多路開(kāi)關(guān)的選擇與控制有微處理器控制。軟件部分的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制軟件和數(shù)據(jù)程序處理兩個(gè)部分。軟件設(shè)計(jì)共包括五部分：通道選擇，數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)顯示和鍵盤(pán)控制。三數(shù)據(jù)采集模塊的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)主要有五個(gè)模塊，分別是：多路開(kāi)關(guān)與信號(hào)調(diào)理模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，存儲(chǔ)模塊，鍵盤(pán)模塊，顯示模塊。3.1 多路開(kāi)關(guān)與信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)3.1.1 信號(hào)調(diào)理模塊信號(hào)采集系統(tǒng)中，絕大多數(shù)模擬量輸入都帶有大量的噪聲不能直接輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中去，需要

10、對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。信號(hào)調(diào)理電路用來(lái)對(duì)傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行隔離，變換，放大，濾波等各種處理，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)輸入電平和信號(hào)質(zhì)量的要求。調(diào)理電路如圖3-1所示。圖3-1 信號(hào)調(diào)理電路AD623是高精度、低噪聲的儀表放大器，R1是輸入限流電阻，R2是增益電阻，調(diào)節(jié)此電阻的值可改變AD623的增益G，算式為G=100/R1（k）+1。MAX291是濾波器，截止頻率其由電容C1決定。若設(shè)為100Hz：fc（kHz）=1000/3C1（pF），計(jì)算得C1取值為3300pF。使用中還要注意：MAX291的零點(diǎn)漂移達(dá)-200mV-400mV，因而可在輸出端串接一個(gè)10F左右的鉭電容，隔去MAX291引入的直

11、流分量8。3.1.2 多路開(kāi)關(guān)的選擇本系統(tǒng)選用的是8通道的模擬數(shù)據(jù)選擇器MAX308，輸出哪路信號(hào)通過(guò)總線控制。帶串行接口的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路（ADC），它包含有跟蹤/保持電路的一個(gè)低漂移、低噪聲、掩埋式齊納電壓基準(zhǔn)電源。它的轉(zhuǎn)換速度快、功率消耗底、采樣速率高達(dá)308 kb/s點(diǎn)，滿量程輸入電壓圍為5V，功耗為210mW?？膳c大多數(shù)流行的數(shù)字信號(hào)處理器的串行接口直接接口，該輸入可以接收TTL或CMOS的信號(hào)電平，時(shí)鐘頻率0.1-5.5MHz，其電路圖如圖3-2所示。圖3-2 多路開(kāi)關(guān)MAX308IN1IN8是模擬輸入通道，模擬信號(hào)由此輸入。A0A2是通道選擇信號(hào)，其選擇由微處理器S3C44

12、B0X控制。3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換是把數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)可以識(shí)別并處理的數(shù)字信號(hào)。它的精度與速度如何將影響到系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性和系統(tǒng)的性能。本設(shè)計(jì)采用的是，本模塊的設(shè)計(jì)目的就是為了實(shí)現(xiàn)這功能9。3.2.1 信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器信息本模塊由兩部分組成：信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器AD8021與具有低噪聲、高精度和出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定特性的基準(zhǔn)電壓源ADR421提供基準(zhǔn)電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7663。信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器AD8021是一款出眾的高性能，高速電壓反饋放大器，可以用于16bit分辨率系統(tǒng)。AD8021具有低壓噪聲和低電流噪聲，是當(dāng)今的高速低噪聲運(yùn)算放大器產(chǎn)品中靜態(tài)電源電流（7mA 5V）最低的產(chǎn)品

13、。AD8021工作電壓圍較寬，為2.25V12V，也可以采用5V單電源供電，因此非常適合高速低功耗儀器儀表。輸出禁用引腳可以將靜態(tài)電源電流進(jìn)一步降低至1.3 mA。與同類放大器相比，AD8021不僅技術(shù)性能出眾，而且價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，靜態(tài)電流也低得多。AD8021是一款高速、通用放大器，非常適合各種增益配置，可以用于信號(hào)處理鏈路以與控制環(huán)路。AD8021圖3-3 信號(hào)驅(qū)動(dòng)AD8021采用標(biāo)準(zhǔn)8引腳SOIC與MSOP封裝，工作溫度圍為：-40C+85C。芯片電路如圖3-3所示。傳感器輸入的信號(hào)通過(guò)多路開(kāi)關(guān)與信號(hào)調(diào)理模塊處理后得到比較符合要求的模擬信號(hào)，進(jìn)一步通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大電路AD8021的處理得到

14、精度較高的、穩(wěn)定的模擬信號(hào)，通過(guò)分辨率高，采樣速率高，功耗小的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7663的作用，輸出符合要求的數(shù)字信號(hào)，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。3.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的裝置，其轉(zhuǎn)換工程主要包括采樣、量化、編碼三個(gè)步驟。A/D芯片是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性能往往直接影響整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，目前市面上A/D轉(zhuǎn)換器的品種較多，每種芯片具有不同的控制方式和應(yīng)用條件。比較常用的ADC按轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)和工作原理主要分為四類：積分型AD轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型、并行比較型ADC、-轉(zhuǎn)換器。其中，積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高

15、頻噪聲和固定的低頻干擾（如50Hz或60Hz）的能力，使其對(duì)于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以與不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用有用（如熱電偶輸出的量化）。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在 1 個(gè)時(shí)鐘周期只能完成 1 位轉(zhuǎn)換。N位轉(zhuǎn)換需要N個(gè)時(shí)鐘周期，故這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率不高，輸入帶寬也較低。它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，不存在延遲問(wèn)題，適用于中速率而分辨率要求較高的場(chǎng)合。并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器原理直觀，轉(zhuǎn)換速度極快（最高1GHz的采樣速率），常用于數(shù)字通信和高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域。缺點(diǎn)是功耗大，制造成本高且易產(chǎn)生離散的、不確定的誤碼輸出。-模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率較低，但采樣精度會(huì)做得很高，且成本低廉，一般限于對(duì)低頻較窄的轉(zhuǎn)換。圖

16、3-5 模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路對(duì)于一般的工業(yè)采集系統(tǒng)在保證精度和速度的條件下，要盡量提高采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制的要求。通常選擇逐次逼近型或并行比較型AD轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)主要有：轉(zhuǎn)換精度，轉(zhuǎn)換速率、輸入量程以與轉(zhuǎn)換誤差等,根據(jù)這些參數(shù)本系統(tǒng)中選擇開(kāi)關(guān)電容結(jié)構(gòu)的16位并行A/D轉(zhuǎn)換器AD7663。模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路如圖3-5所示。A/D7663的輸入阻抗僅為3.41k，若MAX308輸出的信號(hào)直接輸入A/D7663進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的增益誤差。因此，必須用阻抗極低的信號(hào)源來(lái)驅(qū)動(dòng)AD7663的輸入端，這里選用了信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器AD8021。為了實(shí)現(xiàn)高速高精度數(shù)據(jù)采

17、集與存儲(chǔ)的同步，解決ADC和控制器之間速度匹配問(wèn)題，保證采集數(shù)據(jù)的完整性，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了高速高精度的轉(zhuǎn)換器AD7663和74H273作數(shù)據(jù)采集緩沖器的設(shè)計(jì)方案，使數(shù)據(jù)的采集和傳輸速率進(jìn)行有效的匹配，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。AD轉(zhuǎn)換是數(shù)據(jù)采集的核心，它決定著系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的精度和速度，本設(shè)計(jì)采用的是AD7663模數(shù)轉(zhuǎn)換器，AD7663是一款16位、250KSPS、低功耗、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用5V單電源供電，并提供8位或16位并行口和一個(gè)串行口。AD7663具有分辨率高、采樣速率高、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，在高速高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。圖3-6模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路AD7663負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的功

18、能，它支持串行和并行方式輸出，在本設(shè)計(jì)中AD7663與S3C44B0X以16位并行總線的方式連接。S3C44B0X將總線設(shè)備分為8個(gè)BANK進(jìn)行訪問(wèn)，AD7663掛在BANK3上，因此將BANK3的使能信號(hào)nGCS3接到AD7663的片選引腳/CS上，復(fù)位信號(hào)nRESET接到AD7663的RESET，總線讀信號(hào)nOE接AD7663的/RD。此外，S3C44B0X通過(guò)兩個(gè)I/O（nCAS0連至/CNVST，GPG3連至BUSY）來(lái)控制AD7663的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。3.3 存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)3.3.1 存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)傳輸速率比較低，數(shù)據(jù)量比較小，一般可以完成實(shí)時(shí)分析和處理，所

19、以存儲(chǔ)問(wèn)題并不突出，但高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率很高并且數(shù)量很大，采集速度到達(dá)一定的限度就無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，這是需要選擇適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)方式就行存儲(chǔ)。高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)要解決兩方面的問(wèn)題，一是存儲(chǔ)器的低存儲(chǔ)速度與A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)端口的高輸出速率的匹配問(wèn)題。二是存儲(chǔ)器的容量要大，其原因是高速數(shù)據(jù)采集會(huì)在很短時(shí)間產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)流，存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。解決A/D轉(zhuǎn)換器與存儲(chǔ)器之間的速度匹配問(wèn)題有兩個(gè)：一是對(duì)高速A/D的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，二是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速存儲(chǔ)。本設(shè)計(jì)采用的是對(duì)高速的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。選擇的芯片是SST39VF160 Flash Rom。SST39VF160是2M

20、B的Flash芯片，芯片供電電壓為2.73.6V，符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)輸出引腳，可擦寫(xiě)100000個(gè)周期，數(shù)據(jù)保存能力達(dá)100年。擦除時(shí)間分別為：扇區(qū)擦除時(shí)間與塊擦除時(shí)間都是18ms，片擦除時(shí)間70ms。利用翻轉(zhuǎn)或數(shù)據(jù)采集來(lái)確定編程是否完成。芯片部結(jié)構(gòu)與電路圖如3-8圖所示。圖3-8 SST39VF1630芯片部結(jié)構(gòu)圖通過(guò)利用微處理器對(duì)SST39VF160進(jìn)行寫(xiě)命令字節(jié)的形式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。保持CE#信號(hào)低的同時(shí)拉低WE#信號(hào)寫(xiě)入命令字節(jié)，在WE#或CE#信號(hào)的下降沿（有出現(xiàn)最晚的來(lái)確定）鎖存地址總線，而數(shù)據(jù)總線在WE#或CE#（有出現(xiàn)最早的來(lái)確定）信號(hào)上升沿被鎖存。本設(shè)計(jì)是以SST39V

21、F160為設(shè)計(jì)芯片，詳細(xì)的介紹在S3C44B0X上進(jìn)行Flash ROM接口設(shè)計(jì)。Flash ROM接口設(shè)計(jì)首先應(yīng)該確定硬件電路連接，然后設(shè)置好S3C44B0X存儲(chǔ)器，再按照命令字讀、擦除、寫(xiě)操作Flash。本節(jié)編寫(xiě)了SectorErase()扇區(qū)，BlockErase ()塊和ChipErase()芯片擦除函數(shù)，以與一個(gè)測(cè)試主函數(shù)來(lái)驗(yàn)證讀寫(xiě)擦除操作是否正確。Flash存儲(chǔ)器在系統(tǒng)常用于存放程序代碼，系統(tǒng)上電或復(fù)位后從此獲取指令并開(kāi)始執(zhí)行。因此，應(yīng)將存有程序代碼的Flash存儲(chǔ)器配置到ROM/SRAM的Bank0位置，即將S3C44B0X的nGCS0的引腳接至SST39VF160的n CE引腳

22、；SST39VF160的nOE引腳接S3C44B0X的nOE引腳；nWE引腳接S3C44B0X的nWE；由于SST39VF160的數(shù)據(jù)寬度是16位。所以將S3C44B0X的引腳OM1接地，OM0通過(guò)一上拉電阻接+3.3V，使其工作在16位模式；將SST39VF160的地址總線A19A0與S3C44B0X的地址總線ADDR1ADDR20相連，地址線偏移了一位，這是因?yàn)镾3C44B0X是按字節(jié)編址的，而SST39VF160的數(shù)據(jù)是以每一個(gè)16位作為一個(gè)數(shù)據(jù)單元；16位數(shù)據(jù)總線DQ15DQ0與S3C44B0X的低16位數(shù)據(jù)總線DATA31DATA16相連。Flash的地址空間為0x000000000

23、x000FFFFF。與S3C44B0X芯片連接電路如圖3-9。圖3-9 Flash ROM連接電路圖其引腳功能描述為：SCLK：系統(tǒng)時(shí)鐘；nSCS：片選；SCKE：時(shí)鐘使能；A0A11：行/列地址復(fù)用線；BA0BA1：BANK選通地址；SRAS：行地址使能。3.3.2 硬件和存儲(chǔ)器設(shè)置由于ARM是32位處理器，以字節(jié)為單位編制，數(shù)據(jù)處理可以以32位進(jìn)行，存儲(chǔ)方式有大小端之分。在這里，將ARM芯片上的EDIAN端接地，選取小段存儲(chǔ)方式。SST39VF160是16位數(shù)據(jù)寬度的，因此還必須設(shè)置ARM數(shù)據(jù)總線寬度，即設(shè)置OM1:0為01，將Bank0數(shù)據(jù)總線寬度設(shè)置成16位。BANKCON0寄存器設(shè)置

24、中包含了Tacs、Tcos、Tacc、Toch、Tcah、Tpac和PMC7個(gè)參數(shù)。對(duì)它們的設(shè)置分別為（此程序段在BootLoader的配置程序中）。Bank 0 ParametersB0_Tacs EQU 0x0 ; 0個(gè)時(shí)鐘周期B0_Tcos EQU 0x0 ; 0個(gè)時(shí)鐘周期B0_Tacc EQU 0x6 ; 6個(gè)時(shí)鐘周期B0_Toch EQU 0x0 ; 0個(gè)時(shí)鐘周期B0_Tcah EQU 0x0 ; 0個(gè)時(shí)鐘周期B0_Tacp EQU 0x0 ; 0個(gè)時(shí)鐘周期B0_PMC EQU 0x0 ;正常（1data）除了Tacc之外，其他值均設(shè)為零，Tacc的值要大于芯片的讀周期時(shí)間，由于S3

25、C44B0X處理器的時(shí)鐘頻率為64MHz，周期大約為15ns，SST39VF160讀寫(xiě)時(shí)間周期為70ns，所以，Tacc在這里設(shè)置為6個(gè)時(shí)鐘周期，即0x611。3.4 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)一般分為兩種形式：線性鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。本設(shè)計(jì)采用的是44矩陣鍵盤(pán)。矩陣鍵盤(pán)的案件按N行M列排隊(duì)每個(gè)鍵盤(pán)占據(jù)行列的一個(gè)交點(diǎn)，需要的I/O口數(shù)目是N+M，容許的最大按鍵數(shù)為NM。鍵盤(pán)掃描過(guò)程就是有規(guī)律的時(shí)間間隔查看鍵盤(pán)矩陣，以確定是否有鍵被按下。一旦處理器判定有一個(gè)鍵被按下，鍵盤(pán)掃描程序就會(huì)濾掉抖動(dòng)，然后再判定是哪個(gè)鍵被按下。每個(gè)鍵被分配一個(gè)稱為掃描碼的唯一標(biāo)示符，應(yīng)用程序利用該掃描碼來(lái)判斷應(yīng)按下了什么鍵。3.

26、4.1 鍵盤(pán)線路模塊設(shè)計(jì)3-10 鍵盤(pán)連接電路圖本設(shè)計(jì)采用S3C44B0X通用I/O引腳的GPE4GPE7為行線輸入端，GPF5GPF8為列線輸出端，與44的鍵盤(pán)相連。通過(guò)軟件延遲的方式來(lái)消除按鍵抖動(dòng)，并通過(guò)循環(huán)掃描的方式得到具體的按鍵值。由于通用的I/O口有限，而又需要大量的按鍵輸入，這就要求一種合理的按鍵結(jié)構(gòu)，即用盡量少的I/O口實(shí)現(xiàn)盡可能多的鍵盤(pán)輸入。本設(shè)計(jì)的電路連接方式如圖3-10示，以8個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)16鍵鍵盤(pán)。GPE4GPF7為行線輸入端，GPF5GPF8為列線輸出端，如圖3-1012。3.4.2 寄存器的設(shè)置使用到的I/O口的各個(gè)特殊寄存器的地址定義如下：通用I/O特殊寄存器：#

27、define rPCONE(*(volatile unsigned *)0x1d20028)#define rPDATE(*(volatile unsigned *)0x1d2002c)#define rPUPE(*(volatile unsigned *)0x1d20030)#define rPCONF(*(volatile unsigned *)0x1d20034)#define rPDATF(*(volatile unsigned *)0x1d20038)#define rPUPF (*(volatile unsigned *)0x1d2003c)對(duì)使用的GPE和GPF引腳寄存器進(jìn)行配置

28、，列輸出引腳GF5GF8在開(kāi)始時(shí)拉低，便于按鍵發(fā)生時(shí)，使得行線的輸入信號(hào)遍地。程序如下：void InitKey(void) rPCONE &= 0xff; rPUPE |= 0xf0; rPCONF = (rPCONF & 0x3ff) | 0x92400; /設(shè)置GPF5-8為輸出，其他位保持不變 rPUPF |= 0x1e0; /連接鍵盤(pán)的輸出都置低電平 rPDATF &= 0x1f;四.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)硬件電路提供了系統(tǒng)運(yùn)行的必須環(huán)境，還需要軟件部分控制才能夠運(yùn)行。本章介紹高數(shù)高精度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的程序設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)器模塊的軟件設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)模塊

29、的程序設(shè)計(jì)，LCD顯示模塊的程序設(shè)計(jì)和主程序設(shè)計(jì)。由于C語(yǔ)言具有了可讀性強(qiáng)、效率高、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。因此本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊的控制，數(shù)據(jù)的處理和顯示存儲(chǔ)等功能。本章介紹主要的程序模塊。4.1 主程序流程開(kāi)始初始化系統(tǒng)選擇采樣通道AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換挨打、寫(xiě)入儲(chǔ)存器添加數(shù)據(jù)并顯示圖4-1 數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖系統(tǒng)的主程序所要實(shí)現(xiàn)的功能主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化、系統(tǒng)芯片之間的信息交流、相應(yīng)的處理程序。本設(shè)計(jì)采用模塊化編程方式，達(dá)到編寫(xiě)不同功能的子程序，實(shí)現(xiàn)具體操作的目的。系統(tǒng)的基本流程是，上電復(fù)位后，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，然后根據(jù)相關(guān)程序命令轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的子程序模塊，完成相應(yīng)

30、的功能。程序流程圖4-1所示。主程序如下：#includeadc.h#includeflash.h#includelcd.h#includekeyboard.h#define addrstar 0 /定義flash起始地址*函數(shù)名：init_system*作用：初始化系統(tǒng)void init_system(void)LCD_Init();/初始化LCDInitKey();/初始化鍵盤(pán)SectorErase(addrstar);/擦除從addrstar開(kāi)始的一個(gè)扇區(qū)init_adc();/初始化ad轉(zhuǎn)換器AD7663reset_adc();/復(fù)位AD7663*函數(shù)名：switch_chanel*作

31、用：通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)選擇采樣通道*按數(shù)字鍵邊切換到對(duì)應(yīng)通道char switch_chanel(char chanel) char keynum; keynum=ReadKey();/讀取鍵盤(pán)值 switch(keynum) case 1:chanel=1;break;case 2:chanel=2;break;case 3:chanel=3;break;case 4:chanel=4;break;case 5:chanel=5;break;case 6:chanel=6;break;case 7:chanel=7;break;case 8:chanel=8;break;default:break;

32、 return chanel;int main(void) INT16U data1,data2;char chanel;int i=0,x,y;init_system();/初始化系統(tǒng)while(1)chanel=switch_chanel(chanel);/選擇采樣通道ADC_CHANEL(chanel);/切換通道data=read_adc(chanel);/讀取AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)SectorErase(addrstar);/擦除addrstar開(kāi)始的一個(gè)扇區(qū)WordPrograme(addrstar,data);/將數(shù)據(jù)寫(xiě)入扇區(qū)data2=ReadFlash(addrstar);/將數(shù)據(jù)從f

33、lash中讀出來(lái) y=(int )(data*1.0/65536)*240);/將采樣的值轉(zhuǎn)換成x,y坐標(biāo) x=i; LCD_PutPixel(x,y,color);/將點(diǎn)顯示在LCD上 i+; if(i=320)/一屏顯示完 i=0;4.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序開(kāi)始初始化AD采樣通道選擇轉(zhuǎn)換是否完成返回啟動(dòng)轉(zhuǎn)換圖4-2 AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序流程圖AD7663是一款16位、250KSPS、低功耗、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用5V單電源供電，并提供8位或16位并行口和一個(gè)串行口。AD7663具有分辨率高、采樣速率高、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。其模擬輸入接到連接到外部引腳IN端。系統(tǒng)初始化函數(shù)void init _ADC(

34、)；實(shí)現(xiàn)AD模塊的功能設(shè)置，如電壓基準(zhǔn)的選擇，本系統(tǒng)為了提高采集的精確性和準(zhǔn)確度而選用外部精確的2.5V基準(zhǔn)電壓；模擬輸入通道選擇IN作為模擬信號(hào)輸入端，多路開(kāi)關(guān)的操作達(dá)到切換采集通道的目的AD轉(zhuǎn)換程序，系統(tǒng)AD根據(jù)命令進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換采取單次轉(zhuǎn)換方式。AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖4-2所示。#includeadc.hvoid delay(INT32U time) while(time-);*函數(shù)：init_adc*作用：初始化AD7663*參數(shù)：無(wú)void init_adc(void) RESET_DOWN; CNVST_UP; CS_DOWN; RD_DOWN;*函數(shù)名：reset_adc*作用

35、：復(fù)位AD7663*參數(shù)：無(wú)void reset_adc(void) RESET_UP; delay(20); RESET_DOWN;INT16U read_adc(int chanel) INT16U data;ADC_CHANEL(chanel);CS_DOWN;RD_DOWN;CNVST_DOWN;delay(20);CNVST_UP;while(!Busy);data=ADCDATA;return data;另外還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序與LCD驅(qū)動(dòng)程序，程序清單。心得體會(huì)本次設(shè)計(jì)最終得以順利完成，非常感我的指導(dǎo)老師。從論文選題直到論文的最終完成，他都給予我盡心盡力的指導(dǎo)。武老師有著過(guò)硬的專業(yè)知

36、識(shí)，以與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，在這次設(shè)計(jì)中，我在武老師的領(lǐng)導(dǎo)下對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)ARM嵌入式開(kāi)發(fā)有了一定的掌握和理解，鞏固了我在ARM課程中所學(xué)的基本理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，使我對(duì)ARM課程有了更深入的了解。進(jìn)一步激發(fā)了我對(duì)所學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣；提高了我的思考與實(shí)踐能力。在本論文的寫(xiě)作中，我也參照了許多的著作和文章，許多學(xué)者的科研成果與寫(xiě)作思路給我很大啟發(fā)，在此向這些學(xué)者們表示由衷的感。在這次設(shè)計(jì)中，我克服了許多困難，最后幾經(jīng)修改終至完成。但由于才疏學(xué)淺，疏漏之處在所難免，還望老師批評(píng)。參考文獻(xiàn)1 田軼.基于 ARM7 的高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).大學(xué)碩

37、士論文，2011.52 博.基于ARM的多通道數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).工程大學(xué)碩士論文，2011.33 剛，海蘭.一種高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).大學(xué)-ADI聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室論文，20064 王典洪，汪萍，娟.基于ARM的多路高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)碩士論文，20095 莉君，莊曉奇，歐陽(yáng)才校.基于S3C2440的多路高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)床與液壓，2010，（1）：72-746 宋曉波.基于ARM的通用高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)裝置的研究.理工大學(xué)碩士論文，2011,3 7 波.基于ARM處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).科技大學(xué)碩士論文，2009.58 躍.基于SOC單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集

38、系統(tǒng)設(shè)計(jì).理工大學(xué)碩士論文，2011.5 9 戎，立波.基于ARM處理器的高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì). 科技信息，2011，（7）：459-46010 周立功，華等編著.深入淺出ARM7LPC213x/214x.：航空航天大學(xué), 2006 11 任杰.基于嵌入式技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文，2009flash.c程序源代碼#includeflash.h*函數(shù)名：CheckToggleBit*參數(shù)：無(wú)*作用：等待寫(xiě)操作完成int CheckToggleBit(void)/等待寫(xiě)操作完成函數(shù) volatile INT16U oldstatus,newstatus;oldstatus=*(volatile INT16U *)0x0);/讀取任意地址處的數(shù)據(jù)while(1)newstatus=*(volati