【正文】 器數(shù)據(jù)端口的高輸出速率的匹配問題。選擇的芯片是 SST39VF160 Flash Rom。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與電路圖如 38 圖所示。 Flash ROM 接口設(shè)計首先應(yīng)該確定硬件電路連接，然后設(shè)置 好 S3C44B0X 存儲器，再按照命令字讀、擦除、寫操作 Flash。所以將 S3C44B0X 的引腳 OM1 接地， OM0 通過一上拉電阻接 +，使其工作在 16 位模式；將 SST39VF160 的地址總線 A19~A0 與 S3C44B0X的地址總線 ADDR1~ADDR20 相連，地址線偏移了一位，這是因為S3C44B0X 是按字節(jié)編址的，而 SST39VF160 的數(shù)據(jù)是以每一個 16 位作為一個數(shù)據(jù)單元； 16 位數(shù)據(jù)總線 DQ15~DQ0 與 S3C44B0X 的低 16 位數(shù)據(jù)總線 DATA31~DATA16 相 連。 硬件和存儲器設(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位進行，存儲方式有大小端之分。對它們的設(shè)置分別為（此程序段在 BootLoader 的配置程序中）。 6 個時鐘周期 B0_Toch 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間，由于 S3C44B0X 處理器的時鐘頻率為 64MHz，周期大約為 15ns，SST39VF160 讀寫時間周期為 70ns，所以， Tacc 在這里設(shè)置為 6 個時鐘周期，即 0x6[11]。 鍵盤掃描過程就是有規(guī)律的時間間隔查看鍵盤矩陣，以確定是否有鍵 24 被按下。通過軟件延遲的方式來消除按鍵抖動，并通過循環(huán)掃描的方式得到具體的按鍵值。 寄存器的設(shè)置 使用到的 I/O 口的各個特殊寄存器的地址定義如下： 通用 I/O 特殊寄存器： define rPCONE (*(volatile unsigned *)0x1d20xx8) define rPDATE (*(volatile unsigned *)0x1d20xxc) define rPUPE (*(volatile unsigned *)0x1d20xx0) 25 define rPCONF (*(volatile unsigned *)0x1d20xx4) define rPDATF (*(vo。本設(shè)計的電路連接方式如圖 310 示，以 8 個 I/O 口實現(xiàn) 16 鍵鍵盤。每個鍵被分配一個稱為掃描碼的唯一標示符，應(yīng)用程序利用該掃描碼來判斷應(yīng)按下了什 么鍵。本設(shè)計采用的是 44 矩陣鍵盤。 0 個時鐘周期 B0_Tacp EQU 0x0 。 0 個時鐘周期 B0_Tcos EQU 0x0 。 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 OM[1:0]為 01，將 Bank0 數(shù)據(jù)總線寬度設(shè)置成 16 位。與 S3C44B0X 芯片連接電路如圖 39。 Flash 存儲器在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼，系統(tǒng)上電或復位后從此獲取指令并開始執(zhí)行。保持 CE信號低的同時拉低 WE信號寫入命令字節(jié)，在 WE或 CE信號的下降沿（有出現(xiàn)最晚的來確定）鎖存地址總線，而數(shù)據(jù)總線在 WE或 CE（有出現(xiàn)最早的來確定）信號上升沿被鎖存。 21 擦除時間分別為：扇區(qū)擦除時間與塊擦除時間都是 18ms，片擦除時間70ms。解決 A/D 轉(zhuǎn)換器與存儲器之間的 速度匹配問題有兩個：一是對高速 A/D 的數(shù)據(jù)進行鎖存，二是對數(shù)據(jù)進行高速存儲。供電電路： AD7663 是 5V 的單電源供電；另外，為兼容不同器件的電平標準，系統(tǒng)還提供了 +5V 或 + 的數(shù)字電源 [10]。 輸入 信號范圍選擇：通過選擇對 INA、 INB、 INC 和 IND 的連接方式就可以很方便地選擇信號輸入的范圍，系統(tǒng)選擇了177。 5V，其數(shù)據(jù)端口采用高速并行接口 D0D15。 AD7663 的轉(zhuǎn)換過程可分為三個階段：轉(zhuǎn)換準備階段、模數(shù)轉(zhuǎn)換階段、轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出階段，其轉(zhuǎn)換時序如圖 37 所示。 5V、177。此外， S3C44B0X 通過兩個 I/O（ nCAS0 連至 /CNVST， GPG3 連 至 BUSY）來控制 AD7663 的 A/D 轉(zhuǎn)換過程。 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 位并行口和一個串行口。模數(shù)轉(zhuǎn)換接口電路如圖 35 所示?！?Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率較低，但采樣精度會做得很高，且成本低廉，一般限于對低頻較窄的轉(zhuǎn)換。 N 位轉(zhuǎn)換需要 N 個時鐘周期，故這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率不高， 17 輸入帶寬也較低。 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系統(tǒng)的技術(shù)指標，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。芯片電路如圖 33 所示。 AD8021 是一款高速、 通用放大器，非常適合各種增益配置，可以用于信號處理鏈路以及控制環(huán)路?！?177。 信號驅(qū)動放大器 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)。 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)采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)可以識別并處理的數(shù)字信號。其選擇值如表 31 示。5V，功耗為 210mW。使用中還要注意：MAX291 的零點漂移達 200mV~400mV，因而可在輸出端串接一個 10μF左右的鉭電容，隔去 MAX291 引入的直流分量 [8]。調(diào)理電路如圖 31 所示。本章詳細介紹各個模塊的硬件電路以及實現(xiàn)的原理和過程。 本設(shè)計主要有這五個模塊組成，他們在一起共同組成了本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，同時還有高速高精度的性能。本設(shè)計就是采用的 是 44矩陣 鍵盤 ，完成人機交換的鍵盤控制。它具有成本低和密度大的優(yōu)點，能很好的完成本系統(tǒng)的存儲要求，把通過內(nèi)部 AD7663 模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)通信端口送入計 12 算機進行下一步處理。 傳感器輸入的信號通過多路開關(guān)及信號調(diào)理模塊處理后得到比較符合要求的模擬信號，進一步通過信號驅(qū)動放大電路 AD8021 的處理得到精度較高的、穩(wěn)定的模擬信號，通過 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，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。信號調(diào)理電路主要基于AD623 與 MAX291 芯片的自行設(shè)計電路。 軟件部分的設(shè)計分為兩個部分，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制軟件和數(shù)據(jù)程序處理兩個部分。 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。 S3C44B0X 采 ARM7TDMI 內(nèi)核， 工藝的 CMOS標準宏單元和存儲編譯器。而硬件部分主要完成數(shù)據(jù)采集、存儲功能，軟件部分則完成對硬件控制、對采集數(shù)據(jù)進行處理。 (3) 通用性好，便于擴充。因此要求硬件上必須要有實時時鐘和優(yōu)先級中斷信息處理電路。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標：通道數(shù)，即系統(tǒng)采集通道的個數(shù)；分辨率，采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號的最小變化量；系統(tǒng)精度，是實際輸出值與理論輸出值之差，它是系統(tǒng)各種誤差的總和，和系統(tǒng)分辨率還是有 9 區(qū)別的；采集速率，是指在滿足系統(tǒng)精度的前提下，對模擬信號在單位時間內(nèi)所能完成的采集次數(shù)；動態(tài)范圍，通常定義為所允許輸入的最大幅值與最小幅值之比的分貝數(shù)；非線性失真，也 稱諧波失真是指當系統(tǒng)輸入一個頻率為 f 的正弦波時其輸出中出現(xiàn)很多頻率為 kf 的頻率分量 [6]。量化就是用一組數(shù)碼來代表采樣過后的信號幅值，將其數(shù)字化。采樣過程包括采樣、量化和編碼。我們通過對連續(xù)的模擬信號進行采樣獲得離散化信息。 模 擬 信 號多路開關(guān)模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 模 塊微處理器存 儲 器人 機 交 換 模 塊 圖 21 高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前置電路一般包括傳感器、放大器和濾波器等，傳感器把外界信號轉(zhuǎn)變成模擬電量 (如熱電偶傳感器、流量傳感器、 速度傳感器等等 )，其轉(zhuǎn)換后的信號一般比較微弱，需要進行放大處理，在傳感器轉(zhuǎn)換信號和放大器工作時，常常產(chǎn)生噪聲信號影響采集的準確性，這就需要 8 濾波器降低各種噪聲信號提高系統(tǒng)的信噪比。與傳統(tǒng)的中、低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有其特殊性。首先講述采集卡硬件總體設(shè)計，然后根據(jù)總體設(shè)計劃分的模塊，對各個模塊進行了詳細的設(shè)計和實現(xiàn)。實現(xiàn)了高速和高精度信號采集，顯示及傳 輸?shù)裙δ堋? (3) 系統(tǒng)自動化、智能化程度不斷提高。網(wǎng)絡(luò)化遠程監(jiān)控己經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。例如信號被衰減，有干擾信號混入，或者產(chǎn)生失真等等，導致最終采集到的信號誤差很大。 PCI 卡占據(jù)了數(shù)據(jù)采集卡的絕大部分市場。應(yīng)用它們可以解決數(shù)據(jù)采集裝置的常見故障診斷和基本狀態(tài)監(jiān)測。 國內(nèi)市場上出現(xiàn)了種類繁多的數(shù)據(jù)采集裝置。這個時期的數(shù)據(jù)采集裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，接口總線分為并行總線和串行總線。 上世紀 90 年代后，發(fā)達國家的數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天和工業(yè)領(lǐng)域。 上世紀 80 年代，隨著計算機的普及，開始出現(xiàn)通用的數(shù)據(jù)采集裝置，這個時期的數(shù)據(jù)采集裝置主要由采集器、接口總線和控制計算機組成。以美國研制的數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)為代表，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。同時由于工業(yè)現(xiàn)場的惡劣條件，遠程監(jiān)控顯得越來越重要隨著這些重要行業(yè)對自動化，可靠性要求的提高，傳感器技術(shù)的長足發(fā)展，信號處理和信息分析技術(shù)的提高，對于被采 集后的數(shù)據(jù)的精確性要求也隨之提高。同時數(shù)據(jù)采集的高精度特 性越來越受到重視，在航空航天、導航系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測等很多領(lǐng)域都需要應(yīng)用高精度的數(shù)據(jù)采集裝置。這種過程即被稱為數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集裝置是解決這一問題的有效手段。隨后文章詳細分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，并提供了原理圖和總體電路圖，同時編寫了程序。 本文設(shè)計了基于 ARM7S3C44B0X 處理器的一種高速、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，實現(xiàn)對信號的采集和數(shù)據(jù)處理的功能。以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可剪裁、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)叫做嵌入式系統(tǒng)。社會的發(fā)展和科技的進步使信號處理系統(tǒng)的智能性越來越強，實時性越來越好，數(shù)據(jù)采集的精度和速度也越來越高，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了更高的要求。人們通常根據(jù)采樣定理將傳感器傳送來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再對這些數(shù)字信號進行處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。 關(guān)鍵詞： ARM， S3C44B0X，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， AD7663 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） II The Design of High speed and High precision Data Acquisition System Based on ARM ABSTRACT In recent years, with puter technology, electronic technology and technology development, how to collect and process the data bees more important. The speed and accuracy of data collection are the two main directions of the data acquisition system. MCU, ARM, DSP and other microprocessors are widely used provides an effective platform for data acquisition system. High speed and high precision signal acquisition as well as the research and design of collected data is the main task of this project. Based on the ARM7S3C44B0X this paper introduces the design and implement of a high speed， high accuracy， multiple channel data acquisition system. Using rich functio