【正文】 ............9 ........................................................ 9 S3C44B0X微處理器 ............................................... 9 S3C44B0X存儲系統(tǒng) .............................................. 10 ROM 接口電路 ................................................... 10 RAM 接口電路 ................................................... 12 系統(tǒng)電源設(shè)計 ................................................... 13 ................................................. 13 JTAG接口電路 .................................................. 14 ................................................. 15 ....................................................... 16 ................................................... 16 UART接口電路 .................................................. 18 FPGA控制電路 .................................................. 18 LCD接口電路 ................................................... 20 ................................................... 22 ................................................... 25 I/O口電路 ................................................. 26 ............................................................. 26 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .................................................27 ARM 引導(dǎo)程序設(shè)計 ..................................................... 27 Bootloader 程序設(shè)計 ............................................ 27 Xmodem 傳輸協(xié)議實現(xiàn) ............................................ 32 控制系統(tǒng)主體軟件設(shè)計 ................................................. 34 移植 uC/OSII操作系統(tǒng) .......................................... 35 FPGA控制 ADC的程序設(shè)計 ........................................ 41 基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 應(yīng)用控制程序的實現(xiàn) ............................................. 45 圖形用戶界面 uC/GUI的移植 ............................................ 45 設(shè)備驅(qū)動程序 ................................................... 46 系統(tǒng)界面設(shè)計 ................................................... 49 本章小節(jié) ............................................................ 53 第五章 數(shù)據(jù)分析與處理 ...............................................54 數(shù)據(jù)分析處理的方法 ................................................... 54 數(shù)據(jù)分析的理論依據(jù) ................................................... 55 基于小波變換的應(yīng)用 ................................................... 58 譜峰信號處理軟件 (VC版 ) .............................................. 60 本章小節(jié) ............................................................ 62 第六章 離子遷移譜控制應(yīng)用 ...........................................63 整體工作流程簡介 .................................................... 63 系統(tǒng)的不足及改進 .................................................... 64 第七章 總 結(jié) ........................................................65 參考文獻 ............................................................66 攻讀碩士期間發(fā)表的論文 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 ARM。核心板由微處理器 ARM、 擴展內(nèi)存 以及直流電源模塊組成，主要用來控制各相關(guān)外圍功能器件的正常工作；擴展板主要由可編程邏輯器件 FPGA、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 、 顯示器接口以及串口等組成，可進行多通道多參數(shù)的采集 、存儲 、 傳送和顯示。因為將嵌入式技術(shù)引入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不但大大提高了系統(tǒng)的實時性和靈活性，而且還能滿足日益提高的自動測量需求。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 承 諾 本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。 本人簽名： 日期： 摘 要 摘 要 近年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和后 PC 時代 來臨，嵌入式技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)和科研實驗中不可或缺的重要組成部分。本文的研究正是基于上述考慮而進行的基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制。 軟件設(shè)計上，編寫了 Bootloader， 完成了基于 Xmodem協(xié)議的傳輸方式 ，開發(fā)了觸摸屏和彩色 LCD 的驅(qū)動程序，移植了 uC/GUI 圖形用戶界面，實現(xiàn)了搶占式實時操作系統(tǒng) uC/OSII 在該平臺上的運行。 Data acquisition。 致 謝 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。不但要求數(shù)據(jù)采集的高速度高精度，還要求采集設(shè)備便攜、可移動、使用方便，以滿足遠程采集的需要 [1]。由于 8/16 位 MCU 資源極度受限，實現(xiàn)多任務(wù)系統(tǒng)相對困難。此外，要求在系統(tǒng)上建立 RTOS 必然成為一種現(xiàn)實需求，而 32 位微處理器在設(shè)計上就考慮到了對 RTOS 的支持。本系統(tǒng)平臺采用基于 ARM7 技術(shù)規(guī)范三星公司的 S3C44B0X 為微處理器，它以很好的性價比和很強的功能得到了廣泛的應(yīng)用。 2) 根據(jù)實際需要設(shè)計了基于 FPGA 的嵌入式系統(tǒng)外圍擴展電路板，完成了原理圖的設(shè)計和 PCB 版圖的繪制。當同時運行多個任務(wù)時，能夠進行正確調(diào)度。 8) 完成了系統(tǒng)在離子遷移譜儀上的設(shè)計和應(yīng)用。通過 Verilog 語言在 FPGA 內(nèi)部實現(xiàn)了異步FIFO，這樣就可以把采集到的數(shù)據(jù)先保存到 FPGA 內(nèi)部數(shù)據(jù)緩存區(qū) FIFO 中，當達到 FIFO 半滿值或者一個采集周期結(jié)束時產(chǎn)生外部中斷，在中斷服務(wù)子程序中由ARM 取走數(shù)據(jù)。對于漢字 的顯示，常用的方法是加載整個漢字庫到內(nèi)存的指定地址。 本論文的組織結(jié)構(gòu) 為了更清晰地了解本論文的內(nèi)容，從開發(fā)角度，介紹下整個系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)流程 以及論文各章節(jié)的主要內(nèi)容。 第三章介紹了基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計。 第五章為數(shù)據(jù)的分析處理。 第七章對整個項目進行了總結(jié)，并指出了系統(tǒng)存在的不足和改進措施。離子遷移譜模塊與嵌入式控制器模塊之間的通信模式如圖 所示。 觸發(fā)電路主要產(chǎn)生觸 發(fā)脈沖，在觸發(fā)脈沖的高電平期間前端離子門打開，開始采集數(shù)據(jù)，當變?yōu)榈碗娖綍r離子門關(guān)閉，其電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。輸入信號 (IN SIGNAL)通過光耦 TLP521 和 20K 電阻，進入繼電器驅(qū)動芯片 ULN2803。 嵌入式控制系統(tǒng)電路介紹 嵌入式控制系統(tǒng)電路在這里主要指為離子遷移譜儀提供控制信號的接 口電路，主要包括數(shù)字 I/O 口 、 采集環(huán)境參數(shù)電路和高壓調(diào)節(jié)控制電路等。 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 D A T A 7D A T A 6D A T A 5D A T A 4D A T A 3D A T A 2D A T A 1D A T A 0n G C S 2n O EV D D 3 P 374HC245MAX1971 0 0 p Fn G C S 2n W EA D D R 04 . 7 K1 0 KE x I N T 0A 1 2 I N 7A 1 2 I N 6A 1 2 I N 5A 1 2 I N 4A 1 2 I N 3A 1 2 I N 2A 1 2 I N 1A 1 2 I N 01 0 u FG N D _ A D 1 21 0 3V D D 5G N D _ A D 1 2 圖 環(huán)境參數(shù)采集電路 MAX197 的片選 、 讀 、 寫引腳分別 與 ARM 控制器 BANK2 的 nGCS nWE和 nOE 相連接。它的總體設(shè)計如圖 所示。 本章小結(jié) 本章介紹了整個系統(tǒng)的總體設(shè)計，對系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)分別從 離子遷移譜模塊電路和 嵌入式控制系統(tǒng)電路兩方面進行了詳細的介紹 。核心板完成系統(tǒng)最基本的功能，其硬件設(shè)計相對固定，只需要改變軟件代碼便可以實現(xiàn)不同的功能；擴展板和受控對象連接，針對不同的受控對象需要作相應(yīng)的硬件改動。 ARM 公司1991 年成立于英國劍橋，專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片的設(shè)計和開發(fā)，主要出售ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán) (Intelligence Patent,簡稱 IP)核的授權(quán)。 S3C44B0X 是 Samsung 公司推出的 16/32 位采用了 ARM7TDMI 核的 處理器，它為嵌入式系統(tǒng)和一般 類型的應(yīng)用提供了高性價比的微控制器解決方案。 S3C44B0X 存儲系統(tǒng) 在系統(tǒng)復(fù)位的時候， S3C44B0X的程序（ PC） 指針被設(shè)置成 0，使程序跳轉(zhuǎn)到0x0000_0000處開始執(zhí)行。 S3C44B0X復(fù)位后的存儲器映射圖如圖 。需要注意的是數(shù)據(jù)寬度不同時，地址總線的連接也不同，在設(shè)計時要詳細參考 S3C44B0X 的數(shù)據(jù)手冊。本次設(shè)計選擇的 Bank0 的數(shù)據(jù)寬度即為 16 位，因此 SST39VF1601 的 47 引 腳需接高電平，表示數(shù)據(jù)寬度為 16 位。 S3C44B0X 集成了 RAM 的控制器，支持多種不同類型的 RAM。 圖 RAM 存儲器接口電路 由于內(nèi)部有 4 個 Bank，所以用 HY57V561620 的 20， 21 引腳來標識對哪個Bank 進行操作。 圖 系統(tǒng)電源 電路 S3C44B0X的內(nèi)核工作電壓為 ， I/O口工作電壓為 。在 AMS1117的輸入和輸出端采用100uF， 47uF的 鉭 電容和一個 104電容用以消除噪聲的影響。具體使用晶振時鐘還是外部時鐘，由 S3C44B0X 的 OM[3:2]引腳在外部硬件上確定。在系統(tǒng)上電以后電源電流流經(jīng) R1 給 C9 充電。兩級非門電路用于按鈕去抖動和波形整形，所以要合理選擇 R1 和 C9 的值，經(jīng)使用證明復(fù)位電路的工作是可靠的。這種屏幕可以用四線、五線 、七線或八線來產(chǎn)生屏幕偏置電壓，同時讀回觸摸點的電壓。在 Y 方向的測量和 X 方向原理相同。圖 為觸摸屏接口電路，圖中 X+、 Y+、 X、 Y即為圖 中的四條總線。此種設(shè)計的優(yōu)點主要體現(xiàn)在 FPGA 有著其他微處理器無法比擬的優(yōu)勢，特別是在時序和