【正文】 .............................................24 寄存器的設(shè)置 .............................................................24 顯示模塊的設(shè)計(jì) ....................................................................25 LCD 接口電路的設(shè)計(jì) ..................................................25 LCD 控制寄存器的設(shè)置 ..............................................27 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) ....................................................................28 ARM 處理器的選擇 ...............................................................29 S3C44B0X 的結(jié)構(gòu)介紹 ...............................................29 S3C44B0X 芯片介紹 ...................................................30 S3C44B0X 芯片引腳介紹 ...........................................31 第四章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ....................................................36 主程序流程 ............................................................................36 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 ........................................................................39 鍵盤(pán)程序掃描程序 ................................................................41 結(jié) 論 .................................................................................................45 謝 辭 .................................................................................................46 參考文獻(xiàn) .............................................................................................47 附 錄 .................................................................................................49 外文資料翻譯 .....................................................................................55 前 言 隨著數(shù)字化時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)字信號(hào)的處理技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，化工、醫(yī)學(xué)、工業(yè) 及科研等各個(gè)領(lǐng)域中，都必須對(duì)相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)與處理。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括信號(hào)、傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和軟件等部分。近年來(lái)，嵌入式系統(tǒng)在通訊、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用，使嵌入式技術(shù)得到了極大的發(fā)展。目前嵌入式應(yīng)用技術(shù)是科研人員開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。其中對(duì)五個(gè)模塊的電路設(shè)計(jì)予以詳細(xì)的分析介紹。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。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。對(duì)于新的需求，數(shù)據(jù)采集裝置需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，浪費(fèi)了時(shí)間和精力。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，要求測(cè)試和處理的信息量越來(lái)越大，而且被測(cè)對(duì)象的空間位置分散，測(cè)試任務(wù)復(fù)雜，測(cè)試系統(tǒng)龐大，測(cè)試單元數(shù)量多，各個(gè)測(cè)試單元與主控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換量越來(lái)越大。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 上個(gè)世紀(jì) 50 年代，數(shù)據(jù)采集裝置開(kāi)始出現(xiàn)。同時(shí)使得很多應(yīng)用傳統(tǒng)方法無(wú)法完成的采集任務(wù)得以解決，從而獲得了初步的認(rèn)可。將部分硬件由軟件代替，降低了成本和體積，而性能大大增加。數(shù)據(jù)采集技術(shù)成為一門(mén)技術(shù)。 改革開(kāi)放后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量與控制技術(shù)、通信技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置有了很大發(fā)展。這些軟件包可以完成對(duì)設(shè)備的維修管理和基本頻譜分析?，F(xiàn)在具有代表性的數(shù)據(jù)采集裝置基本上以數(shù)據(jù)采集卡為核心。正是這一制約因素，使得信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：采集范圍大、數(shù)據(jù)傳輸吞吐率高、遠(yuǎn)程控制等。 (2) 系統(tǒng)向著多參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。在分析國(guó)內(nèi)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，選用了 Samsung 公司的 ARM7 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)。 第三章：本章主要論述采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。硬件部分主要完成數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)等功能，軟件部分則完成對(duì)硬件控制、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等功能。高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要任務(wù)是將外界模擬信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，然后送往計(jì)算機(jī)根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)構(gòu)主要由信號(hào)調(diào)理、采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換和微機(jī)系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 數(shù)據(jù)采樣原理 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信息總是用離散信號(hào)來(lái)表示的，而我們需要采集的信息 多是連續(xù)模擬信號(hào)，這樣就必須解決連續(xù)信號(hào)如何離散化的問(wèn)題。將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接受的離散數(shù)字信號(hào)首先需要采樣得到離散模擬信號(hào)，然后通過(guò) AD 轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。采樣后的離散信號(hào)幅值是時(shí)間上離散而幅值連續(xù)的信號(hào)，它不能直接輸入微處理器處理，必須經(jīng)過(guò)量化把它變?yōu)閿?shù)字信號(hào)處理。編碼就是采用采樣過(guò)程的最后一步，應(yīng)用中通常采用二進(jìn)制編碼進(jìn)行，分為單極性與雙極性?xún)煞N編碼方式。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。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，為了確保系統(tǒng)的可靠性，要求系統(tǒng)有較好的抗干擾能力和采集速度。 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。為了降低成本， S3C44B0X 提供了豐富的內(nèi)置部件： 8KB Cache， 可選的內(nèi)部 SRAM， LCD 控制器，帶自動(dòng)握手的 2 通道 UART， 4 通道 DMA， 系統(tǒng) 10 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(xiàn)接口 ， IIS 總線(xiàn)接口，同步 SIO 接口和 PLL 倍頻器。 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 。同時(shí)多路開(kāi)關(guān)的選擇與控制有微處理器控制。本系統(tǒng)采用的是 8 通道模擬多路復(fù)用器 MAX308EPE 實(shí)現(xiàn) 8 路模擬信號(hào)的采集。 (2) 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 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。 本設(shè) 計(jì) 采 用的 是SST39VF160 芯片。每個(gè)鍵被分配一個(gè)稱(chēng)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。本模塊達(dá)到了微處理器與顯示器的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了顯示的功能。 13 第 3 章 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)及信號(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。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(mǎn)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。若設(shè)為 100Hz： fc（ kHz） =1000/3C1（ pF），計(jì)算得 C1 取值為 3300pF。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(mǎn)量程輸入電壓范圍為177。 A0~A2 是通道選擇信號(hào)，其選擇由微處理器 S3C44B0X 控制。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)， A0、 A A2 三個(gè)端子的邏輯值由處理器控制，EN 為高電平，實(shí)現(xiàn)了控制芯片 MAX308 的目的。 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。AD8021 工作電壓范圍較寬，為 177。 與同類(lèi)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。C 。 TP 8N I C 7TP1V in2N I C3G N D4V o u t 6TR I M 5A D R 4 2 1+51 0 μ F 0 .1 μ F0 .1 μ FI N A 圖 34 基準(zhǔn)電壓源 ADR421 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。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器在 1 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只能完成 1 位轉(zhuǎn)換。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。 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、輸入量程以及轉(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。 為了實(shí)現(xiàn)高速高精度數(shù)據(jù)采集與存儲(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。 S3C44B0X將總線(xiàn)設(shè)備分為 8 個(gè) BANK 進(jìn)行訪(fǎng)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(xiàn)讀信號(hào) nOE 接 AD7663 的 /RD。 、177。 (6) 低功耗設(shè)計(jì)，典型功耗為 75mW。 AD7663 的輸入信號(hào) VIN 范圍已經(jīng)配置成177。電壓跟隨器 AD8301 對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行緩沖、隔離，并提供信號(hào)的負(fù)載能力。為 20 了與數(shù)據(jù)緩沖部分相適應(yīng)和提高系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度，在設(shè)計(jì)時(shí)選擇了并行輸出方式。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)間內(nèi)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)流，存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 SST39VF160 是 2MB 的 Flash 芯片，芯片供電電壓為 ~，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。 控 制 邏 輯地 址 緩 沖 器 與 鎖 存 器X 解 碼 器I / O 緩 沖 和 數(shù) 據(jù) 鎖 存Y 型 解 碼 器F l a s h 存 儲(chǔ) 體D Q 1 5 D Q 0內(nèi) 存 地 址C E O E W E R E S E T 圖 38 SST39VF1630 芯片內(nèi)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。本節(jié)編寫(xiě)了 SectorErase()扇區(qū)， BlockErase ()塊和 ChipErase()芯片擦除函數(shù)，以及一個(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 的地址空間為 0x00000000~0x000FFFFF。在這里，將 ARM 芯片上的 EDIAN 端接地，選 取小段存儲(chǔ)方式。 Bank 0 Parameters B0_Tacs EQU 0x0 。 0 個(gè)時(shí)鐘周期 B0_Tcah EQU 0x0 。 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(xiàn)性鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。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。 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