【正文】 24V，所以為了得到 5V和 15? V的電壓，在設(shè)計時采用了單刀雙擲開關(guān)，具體結(jié)構(gòu)如圖 所示。所以為了得到上述電壓，應(yīng)采用相應(yīng)的 DCDC 電壓轉(zhuǎn)換模塊。系統(tǒng)中 FPGA 主要起到連接采集電路和 ARM 的橋梁作用，而控制命令和數(shù)據(jù)處理則由 ARM 完成。通過 GPIO 口模擬 ADS7843基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 的控制時序進行指令的寫入和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀出。本設(shè)計采用的觸摸屏接口芯片為 ADS7843。其中一層在左右邊緣各有一條垂直總線，另一層在底部和頂部各有一條水平總線，見圖 。根據(jù) S3C44B0X 的數(shù)據(jù)手冊規(guī)定， nTRST、 TMS、 TCK和 TDI 引腳都必須接一個 10K 的上拉電阻。一段時間后 74HC04 的 1 端充電到 ， nRESET 為高電平進入工作狀態(tài)。 基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 圖 系統(tǒng)時鐘 電路 系 統(tǒng)復(fù)位電路實現(xiàn)系統(tǒng)上電復(fù)位和用戶按鍵復(fù)位的功能。其中 Y1 為內(nèi)核時鐘晶振， Y2 為 RTC 時鐘晶振。采用的電源器件 為 AMS公司的 AMS1117，其產(chǎn)品系列可以提供 ，輸出電流可以達到 1A。 系統(tǒng)電源設(shè)計 系統(tǒng)的電源設(shè)計對于整個系統(tǒng)來說至關(guān)重要，好的設(shè)計可以使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定。和 ROM 一樣，數(shù)據(jù)寬度不同時需要注意地址總線的連接方式。本設(shè)計中不但數(shù)據(jù)要保存在 RAM 中，而且當(dāng)系統(tǒng)啟動時還要將整個 uC/OSII 操作系統(tǒng)從 FLASH 中搬運到 RAM 里運行，主要是因為 RAM 的存取速度比 FLASH 快的多。 圖 ROM 存儲器接口電路 在讀取 Bank0 中的數(shù)據(jù)之前需要確定其數(shù)據(jù)寬度，這是由 S3C44B0X 的OM[1:0]引腳在外部硬件上確定。 ROM 采用的 FLASH 芯片是 SST 公司的SST39VF1601，容量為 16Mbit( 16)。 ROM中存儲有系統(tǒng)的初始化程序，負(fù)責(zé)配置處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作模式以及自動檢測嵌入式控制器的各個硬件是否工作正常。此外， S3C44B0X 還采用基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 了一種新的總線結(jié)構(gòu)，即 SAMBA II(三星 ARM CPU 嵌入式微處理器總線結(jié)構(gòu) )。目前比較流行的 ARM 的 IP 核有 ARM7TDMI， StrongARM， ARM720T， ARM9TDMI，ARM922T, ARM940T, ARM946T, ARM966T， ARM10TDMI 等。 S3C44B0X 微處理器 核心板的主控制芯片采用了 ARM系列的微控制器 S3C44B0X。最后介紹了嵌入式控制器的總體設(shè)計，對各功能單元只是進行了簡單的描述， 具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)將在后面的章節(jié)詳細(xì)描述。 基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 微 處 理 器 （ S 3 C 4 4 B 0 X ）F P G AA / DF l a s h2 M BS D R A M3 2 M B串 口U A R T觸 摸 屏液 晶 屏L C DD / AJ T A G數(shù)字I/O口 圖 嵌入式控制器總體設(shè)計 本系統(tǒng)設(shè)計有兩個 A/D 轉(zhuǎn)換電路，一個采集主離子信號，另一個采集各個環(huán)境參量。 高壓調(diào)節(jié)控制則是通過 DAC7731 完成，將希望加載到模塊上的電壓值通過界面輸入，然后經(jīng)過 DAC7731 進行數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)化，最后將得到的值作為高壓模塊的控制輸入信號。 環(huán)境參數(shù)的采集是由 ARM 控制 MAX197 芯片完成的， MAX197 芯片是 12位轉(zhuǎn)換精度，分兩次讀取數(shù)據(jù) :先讀取低 8 位再讀取高 8 位。 510 RTLP 521VDD _ 3 P 3IN S IG N A LV C C _ I O O U T4 . 7 KGND _ I O O U TU L N 280320 KO U T S I G N A L 圖 電磁閥控制電路 腔體的溫度和氣壓測量分別使用溫度傳感器和壓力傳感器，測量范圍分別為0~4000C ， 0~1125 torr，對應(yīng)的輸出電壓為 0~5V。采用光耦的隔離控制方式，增強了電路的安全性和可靠性。 離子遷移譜模塊電路介紹 離子遷移譜電路模塊主要包括：直線步進電機電路 、 電磁閥控制電路 、 觸發(fā)電路 、 高壓電源模塊以及壓力和溫度傳感器。 壓 力 傳 感 器 溫 度 傳 感 器離 子 遷 移 譜 儀直 線 步 進 電 機接 近 開 關(guān)觸 發(fā) 模 塊 高 壓 電 源 模 塊嵌 入 式 控 制 器 圖 系統(tǒng)控制總體設(shè)計模塊簡圖 如圖 所示，高壓電源模塊為離子遷移譜儀提供所需高壓，其高壓輸出值受嵌入式控制器控制而變化；壓力傳感器和溫度傳感器分別提供需要的腔體壓 力值和腔體溫度值；觸發(fā)模塊為數(shù)據(jù)采集提供同步觸發(fā)信號；而接近開關(guān)則為直線步進電機的運動提供標(biāo)志信號。 第六章為系統(tǒng)在離子遷移譜中的應(yīng)用。 第四章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 第二章為整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計。 本論文的研究目標(biāo)是：在對數(shù)據(jù)采集和嵌入式系統(tǒng)的理解基礎(chǔ)上，設(shè)計出一套接口豐富 、 功能強大的嵌入式數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)。 2） uC/OSII 上移植了 uC/GUI 圖形用戶界面并實現(xiàn)了自建小漢字庫。 為了解決嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集速度快，而處理器速度有限的矛盾，提出了 ARM＋ FPGA 模式。 6) 編寫了離子遷移譜儀的控制系統(tǒng)軟件，包括主動模式程序 、 被動模式程序 、環(huán)境變量參數(shù)采集 、 數(shù)字開關(guān)量以及極性電壓控制 。 3) 在上述硬件平臺環(huán)境下，編寫了用于配置系統(tǒng)硬件，加載 、 升級固件代碼的 Bootloader，完成的主要功能有：系統(tǒng)硬件自檢 、 配置端口與外設(shè) 、 處理系統(tǒng)中斷 、 引導(dǎo)操作系統(tǒng)以及對 Flash 編程等 。所以本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以 ARM7 作為硬件模塊 并將 uC/OSII 嵌入到該平臺中去，這樣系統(tǒng)在處理多個任務(wù)時，就可以通過調(diào)度機制進行調(diào)度運行。 數(shù)據(jù)采集和嵌入式技術(shù)相結(jié)合被廣泛的應(yīng)用，具體涉及到科研實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、交通運輸數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、航空航天數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、資源勘測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。首先，它的高速低功耗特性適于便攜應(yīng)用設(shè)計。 目前，傳統(tǒng)的單片機測控系統(tǒng)通常是基于單任務(wù)機制的。嵌入式系統(tǒng)采用的是微處理器，可實現(xiàn)相對單一的功能，運行獨立的操作系統(tǒng)，所以往往不需要大量的外圍器件，嵌入式系統(tǒng)也正朝著網(wǎng)絡(luò)化 、 智能化 、 便攜化和人機界面友好等方向發(fā)展 。 Wavelet transformation。 關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)； ARM；數(shù)據(jù)采集； FPGA；小波變換； Abstract Development of embedded data acquisition and displaying system based on ARM Zhang Lei Directed by Prof. Jiang Haihe With the development of puter technology and afterPC times ing, the embedded technology plays very important roles in both industrial production and scientific experiment. On the other hand, Data acquisition is the key procedure in information and signal processing, and has been applied widely in both war industry and civil. Embedded system is one of the leadingedge technologies nowadays. It can be used to enhance realtime feature and flexibility of the system, so as to meet the increasing automate measurement needs. The study of embedded data acquisition system based on ARM is such a case. Considering universality and expansibility, we have designed this data acquisition system, mainly based on ARM processor and FPGA. The system consists of two main parts: main board and peripheral board. The function of main board is to control peripheral parts, and the main board is posed of ARM, extended memory and DC power. Then there are FPGA, ADC, interface of LCD and UART in the peripheral board, which is used to acquire, store, transmit and display data. In software design, Bootloader and protocol based on Xmodem have been finished. In addition, the drivers of the touch screen and LCD have been also developed. The friendly manmachine interface is obtained by using the uC/GUI. Furthermore, the uC/OSII, as a realtime preemptive multitasking operating system, has been transplanted to the hardware platform. In the end, wavelet transformation is applied to resolve overlapped data signal and a satisfying result has been achieved. Key Words: Embedded system。該系統(tǒng)主要由兩個部分組成：系統(tǒng)主控核 心板和實現(xiàn)各外圍功能的擴展板。兩者的相互結(jié)合，將是未來自動控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。另一方面，數(shù)據(jù)采集則是信號與信息處理的關(guān)鍵，在軍工和民用中得到了廣泛應(yīng)用。 在兼顧通用性和可擴展性的條件下，設(shè)計了以 ARM 處理器和可編程邏輯器件FPGA 為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。最后對采集到的數(shù)據(jù)進行了基于小波變換的數(shù)字信號處理，得到了滿意結(jié) 果。 FPGA。 第一章 緒 論 第一章 緒 論 選題背景 隨著計算機和微電子技術(shù)的進步，嵌入式系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。因此將嵌入式技術(shù)引入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不但能提高系統(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。而 32 位高性能 微處理器的出現(xiàn)很好地解決了上述矛盾，尤其是隨著近年來 ARM技術(shù)的不斷成熟，使得 32 位微處理器的功能更加完善?？傊?， 32 位處理器的出現(xiàn)，為嵌入式設(shè)計帶來豐富的硬件功能，使得整個嵌入式系統(tǒng)的升級只需通過軟件的升級即可 實現(xiàn) [2]。 uC/OSII 系統(tǒng)因?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)簡單易懂且內(nèi)核完全開放以及強大的外圍接口支持，成為理想的嵌入式基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 平臺。同時實現(xiàn)了多 通道模擬、數(shù)字信號輸入、輸出的數(shù)據(jù)采集和控制。 5) 閱讀了圖形用戶界面 uC/GUI 的源代碼，完成了 uC/GUI 在 ARM 處理器上的移植，編寫了觸摸屏和 LCD 的驅(qū)動程序，創(chuàng)建了基于該 GUI 的小型漢字庫，實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)中類 Windows 的圖形界面的開發(fā)。 論文的創(chuàng)新點及研究目標(biāo) 該論文選題的主要創(chuàng)新點有： 第一章 緒 論 1）利用 ARM＋ FPGA 模式設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。此種設(shè)計減輕了 ARM 的負(fù)擔(dān)，同時也提高了數(shù)據(jù)采集的實時性。但由于嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存資源十分有限，而整個漢字庫又十分龐大，所以通過鏈表創(chuàng)建一個自定義的小型漢字庫，只存放將要用到的幾十個漢字，這樣一來不但可以實現(xiàn)漢字的顯示還能節(jié)約寶貴的內(nèi)存資源。 第一章介紹了課題的背景和研究的基本任務(wù)。包括核心板與外圍板的設(shè)計、 ARM 與 FPGA 的通信、串口、觸摸屏等硬件設(shè)計。應(yīng)用小波變換對數(shù)據(jù)進行定量、定性分析 。 基于 ARM 的嵌入式數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)研制 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 系統(tǒng)控制