【正文】 編程ISP閃存，～，全靜態(tài)工作頻率為0Hz～24MHz，3級程序存儲器加密，256B內(nèi)部RAM，32條可編程I/O線，3個16位定時/計數(shù)器，8個中斷源，UART串行通道，低功耗空閑方式和掉電方式，中斷終止掉電方式，看門狗定時器，雙數(shù)據(jù)指針，在線編程（字節(jié)和頁模式）靈活。特殊功能寄存器(SFR)包括端口鎖存器（P0/P1/P2/P3）、程序狀態(tài)字（PSW）、定時/計數(shù)器方式控制（TMOD）、定時/計數(shù)器控制（TCON）、定時/計數(shù)器（THX/TLX）、累加器（ACC/B）、棧指針（SP），以及其他控制寄存器等等。專用寄存器只能通過直接尋址方式來訪問。通常，在所有Atmel單片機的專用寄存器（SFR）區(qū)中，寄存器的分配情況是相同的。 嵌入式微處理器 嵌入式微處理器的設(shè)計是基于通用計算機中的CPU的，與通用計算機的微處理器不同的是，它只保留了與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，也就是說它是計算機CPU的精簡版。其中ARM系列是應(yīng)用最廣泛的、最具代表性的嵌入式微處理器。ARM處理器采用的是 RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集計算機)技術(shù)，與 CISC(Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集計算機)技術(shù)相比其指令集及相應(yīng)的代碼解釋機制都得到了簡化，正是這種這種簡化使得用一小型廉價的芯片即可實現(xiàn)較高的指令吞吐量及實時中斷響應(yīng)的功能。正是ARM的RISC體系結(jié)構(gòu)、低功耗、小體積和高性能，所以特別適合于便攜式、嵌入式和多媒體應(yīng)用領(lǐng)域,所以ARM在實際中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中上位機的控制中心，所選用的芯片是三星的S3C2440。三星公司推出的微處理器S3C2440功耗低、優(yōu)雅且全靜態(tài)設(shè)計，特別適合于對成本和功率敏感型的應(yīng)用，并且采用了新的總線架構(gòu)AMBA總線。S3C2440有著十分優(yōu)秀的特性，其內(nèi)核是一個由ARM公司設(shè)計的16/32位的ARM920T系列精簡指令集的計算機微處理器。ARM920T包括內(nèi)存管理單元、AMBA總線、獨立的16KB大小的指令高速緩存和16KB的數(shù)據(jù)高速緩存。S3C2440集成了如下片上功能： ，，16KB指令Cache（ICache）/16KB數(shù)據(jù)Cache（DCache）； 外部儲存控制器（SDRAM控制盒片選邏輯）； 集成LCD專用DMA的LCD控制器（支持最大4K色STN和256K色TFT）； 4路擁有外部請求引腳的DMA控制器； 3路URAT（，64B Tx FIFO，64B Rx FIFO）； 2路SPI； I2C總線接口（多主支持）； IIS音頻編解碼器接口； AC`97編解碼器接口； ，； 2路USB主機控制/1路USB期間控制（）； 4路PWM定時器/1路內(nèi)部定時器/看門狗定時器； 8路10位ADC和觸摸屏接口； 具有日歷功能的RTC； 攝像頭接口（支持最大4096x4096的輸入，2048x2048縮放輸入）； 130個通用I/O，24個外部中斷源； 電源控制：正常，慢速，空閑，睡眠模式； 帶PLL的片上時鐘發(fā)生器；工作電壓：　　內(nèi)核：300MHZ@ 400MHZ@ 儲存器：； I/O：； 操作頻率： Fclk: 400MHZ Hclk: 136MHZ Pclk: 68MHZS3C2440的總線信號由總線控制器、SDRAM/SRAM、NAND Flash、LCD控制單元、攝像機接口、DMA、UART、ADC、IICBus、AC`9觸摸屏、USB主機、USB從機、SPI、SD、通用口、定時器/PWM、JTAG、復(fù)位，時鐘，電源等這些部分構(gòu)成。特殊寄存器:GPACONPort A控制，GPADATPort A數(shù)據(jù)，只要對這兩個寄存器操作就可以動用I/O口了，當(dāng)然還有PortB，PortC等等，注意要大小端模式必須使用相對的大小端的地址，按照推薦方式對寄存器進行操作，除了ADC，RTC，UART寄存器外其他寄存器必須以字為單位進行讀寫。S3C2440有以下特性：由軟件選擇的Little/Big endian模式，地址空間：每組（bank）128M字節(jié)，8組共1GB空間，除bank0（16/32bit）外，所有bank都為可編程訪問位寬（8/16/32bit），共8個儲存組，6組用作ROM，SRAM等，2組用作ROM，SRAM，SDRAM等，7個bank為固定起始地址，1個bank為可變起始地址和2個bank為可編程大小，所有bank訪問周期可編程改變，擴展總線周期的外部等待信號，支持SDRAM的自刷新和電源管理模式。 軟件平臺方案 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計要求嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。與通用計算機系統(tǒng)有著本質(zhì)區(qū)別，在很多方面獨具特色，設(shè)計要求也大不一樣，主要包括以下幾個方面：面向特定應(yīng)用；系統(tǒng)構(gòu)成隨應(yīng)用變化；體系結(jié)構(gòu)根據(jù)具體的應(yīng)用確定；系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計；綜合性能穩(wěn)定；可靠性高；功耗低；實時性好。 Windows CE操作系統(tǒng) Windows CE是具有優(yōu)先級級別的多任務(wù)操作系統(tǒng)，它允許多重功能、進程，在同一時間內(nèi)運行，支持最大的32位同步進程。一個進程包括一個或多個線程，每個線程作為進程的基本線程，進程能夠創(chuàng)造未定數(shù)量的額外線程，額外線程的實際數(shù)目，僅由系統(tǒng)可利用的資源決定。 Windows CE利用基于優(yōu)先級的時間片演算法安排線程的執(zhí)行，將互斥體、關(guān)鍵部分、事件請求按“先入先出，優(yōu)先級（FIFO）”順序排列：不同的先入先出順序序列定義成8個不同的優(yōu)先級，由0到7，0代表最高級，在頭文件 。其中，0和1通常作為實時過程和設(shè)備驅(qū)動器，2～4為線程和通常功能，5～7低于其它功能級別，需要注意的是級別6為目前狀態(tài)并有穩(wěn)定聯(lián)接。 Windows CE提供了一個重要的存儲系統(tǒng)，例如，當(dāng)目前某些運行Windows CE 的平臺僅提供4MB的物理內(nèi)存，Windows CE則支持一個2GB的地址空間，每個進程連接到它自己的32MB物理空間上，當(dāng)它需要產(chǎn)生內(nèi)存分頁中斷(這可能影響線程執(zhí)行時間)，物理內(nèi)存進行線程代碼或數(shù)據(jù)內(nèi)存分頁。 Windows CE的優(yōu)點：第一：WINCE開發(fā)相對較容易，開發(fā)周期短，內(nèi)核完善，主要是應(yīng)用層開發(fā)，而LINUX開發(fā)難度較高，需要很高的技術(shù)實力。第二：WINCE的GUI豐富，開發(fā)工具強大,而LINUX核心調(diào)試工具不全，調(diào)試不大方便，而且目前還沒有很好的用戶圖形界面；第三，WINCE系統(tǒng)維護較容易，而LINUX占用較大的內(nèi)存，維護較復(fù)雜，因此本系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)為Windows CE 。 系統(tǒng)總體介紹本系統(tǒng)分為下位機和上位機。首先，上位機發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令到下位機，然后單片機控制溫濕度傳感器SHT11對環(huán)境的溫濕度進行檢測，然后將采集到得溫濕度信號傳回到AT89S52微處理器，然后將信號分為兩部分，一部分是輸出到12864LCD顯示屏顯示，另一部分是傳輸?shù)交趎RF401的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線發(fā)送。接收端的基于nRF401的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收信號，并輸出到S3C2440微處理器，進而顯示出來。并且還可以通過ARM對數(shù)據(jù)采集進行控制和監(jiān)控。無線收發(fā)模塊還接有高增益天線，大大加大了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。下位機以單片機AT89S52為數(shù)據(jù)采集核心，由溫濕度傳感器、電源、液晶顯示、nRF401無線收發(fā)等模塊組成。溫濕度傳感器SHT11通過AT89S52控制進行數(shù)據(jù)采集，并在LCD上顯示。上位機以三星S3C2440微處理器為核心，由SDRAM、NAND FLASH，液晶顯示、nRF401無線收發(fā)、電源等模塊組成。完成對數(shù)據(jù)采集的控制及監(jiān)控，接收數(shù)據(jù)，處理采集到的數(shù)據(jù)并顯示出來。系統(tǒng)整體框圖如圖21所示：圖21 系統(tǒng)整體框圖第三章 硬件設(shè)計 溫濕度采集模塊 數(shù)字溫濕度傳感器SHT11 本模塊的主要芯片為溫濕度傳感器SHT11，該傳感器采用CMOSens專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲器、標(biāo)準(zhǔn)I2C總線等電路全部集成在一個芯片內(nèi)，因此該傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、接口簡單、性價比高等優(yōu)點。同時該傳感器還可以進行相對濕度和溫度一體測量，精確露點測量，全量程標(biāo)定，無需重新標(biāo)定即可互換使用，并且有著極高的精度和穩(wěn)定性。SHT11的引腳信息如表31所示：表31 SHT11引腳及說明引腳名稱說明1GND接地端2DATA雙向串行數(shù)據(jù)線3SCK串行時鐘輸入4VDD～5 6 7 8NC空管腳 本模塊總體介紹本模塊主要由溫濕度傳感器SHT11和單片機AT89S52組成。AT89S52從上位機接收到采集溫濕度的命令，然后通知 SHT11進行環(huán)境溫度、濕度的采集，采集數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸T89S52中,用以顯示和無線數(shù)據(jù)傳輸。因為SHT11溫濕度傳感器通過二線數(shù)字串行接口DATA和SCK傳輸數(shù)據(jù),所以外圍硬件電路非常簡單。不過需要注意的是：時鐘線SCK用于保持AT89S52與SHT11之間通信的同步，DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻。因為接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒有特定的要求。例如：，SCK最高頻率為10MHz，時鐘線SCK最高頻率則為1MHz。溫濕度采集模塊原理圖如圖31 所示：圖31 溫濕度采集模塊原理圖 電源模塊 LM317芯片LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器。～37V。使用方法非常簡單，僅僅通過兩個外接電阻就可以設(shè)置好輸出電壓。此外，它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。穩(wěn)壓器內(nèi)部置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路，通常不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。改變輸出電容即能改變瞬態(tài)響應(yīng)，調(diào)整端使用濾波電容即能夠得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。當(dāng)然，LM317有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調(diào)節(jié)高達數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個可編程電壓上，實現(xiàn)可編程的電源輸出。 需要注意的是：輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓。輸入電要最高不能超過40V，輸出電流最好不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。因為它內(nèi)部還是線性穩(wěn)壓，所以功耗比較大。當(dāng)輸入輸出電壓差比較大且輸出電流也比較大時，注意保持LM317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗不會超過20W。因此當(dāng)壓差較大時需要分檔調(diào)壓。 78L05芯片78L05是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器，其適用于很多應(yīng)用場合。像牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的在卡調(diào)節(jié)。此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅(qū)動輸出電流高達100毫安的穩(wěn)壓器。其卓越的內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性使之特別適用于過載的情況。當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管電阻組的時候,其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少。 電源模塊介紹因為單片機所用電源為+5V，nRF401模塊所用電源為+，S3C2440所用電源為+。所以本系統(tǒng)設(shè)計了三種電源。本系統(tǒng)所用的基于LM317和78L05的電源模塊原理圖如圖32所示：圖32 電源模塊原理圖 下位機液晶顯示模塊 DM12864M顯示模塊DM12864M是一種圖形點陣液晶顯示器。它主要采用動態(tài)驅(qū)動原理由行驅(qū)動—控制器和列驅(qū)動器兩部分組成了 128(列)64(行)的全點陣液晶顯示。此顯示器采了 COB的軟封裝方式，通過導(dǎo)電橡膠和壓框連接 LCD,使其壽命長，連接可靠。引腳信息如表32所示：表32 DM12864M引腳及說明管腳號管腳名稱LEVER功能描述1VSS0電源地2VDD+電源電壓3V0液晶顯示器驅(qū)動電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”表示DB7～DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”表示DB7～DB0為顯示指令5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7～DB0R/W=“H”,E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存到DB7～DB0 R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7～DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB0H/L數(shù)據(jù)線9DB0H/L數(shù)據(jù)線10DB0H/L數(shù)據(jù)線11DB0H/L數(shù)據(jù)線12DB0H/L數(shù)據(jù)線13DB0H/L數(shù)據(jù)線14DB0H/L數(shù)據(jù)線15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號16CS1H/LH:選擇芯片(左半屏)信號17RETH/L復(fù)位信號,低電平復(fù)位18VOUT10VLCD驅(qū)動負電壓19LED+LED背光板電源20LEDLED背光板電源 液晶顯示模塊DM12864M圖形液晶顯示模塊與 MPU 的連接方式有兩種：一種為直接訪問方式，一種為間接控制方式。本模塊采用第二種方式即間接控制方式，其中數(shù)據(jù)線接P1口，控制線接PP3口。本模塊原理圖如圖33所示：圖33 液晶顯示模塊原理圖 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 nRF401芯片本模塊采用的芯片為nRF401，是一個為433MHzISM頻段設(shè)計的真正單片UHF無線收發(fā)芯片，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，nRF401最高工作速率可以達到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm；天線接口設(shè)計為0db高增益天線，以便于提高傳輸距離；nRF401還具有待機模式，這樣可以更省電和高效；～5V 。 nRF401是真正的單片F(xiàn)SK收發(fā)芯片，僅僅需要非常少的外圍元件，無需進行初始化和配置，不需要對數(shù)據(jù)進行曼徹斯特編碼，最高速率可達20Kbps，擁有2個工作頻道，較寬的工作電壓范圍并且低功耗。引腳及說明如表33所示：表33 nRF401引腳說明引腳名稱