【正文】 ........................................................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。 本文基于 ARM7S3C44B0X 處理器的高速、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(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集和 數(shù)據(jù)處理的功能。 作者簽名： 日 期： 學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可剪裁、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗等嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)叫做嵌入式系統(tǒng)。這種過(guò)程即被稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集。 上世紀(jì) 80 年代，隨著計(jì)算機(jī)的普及，開(kāi)始出現(xiàn)通用的數(shù)據(jù)采集裝置，這個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)采集裝置主要由采集器、接口總線和控制計(jì)算機(jī)組成。應(yīng)用它們可以解決數(shù)據(jù)采集裝置的常見(jiàn)故障診斷和基本狀態(tài)監(jiān)測(cè)。 (3) 系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化程度不斷提高。 模 擬 信 號(hào)多路開(kāi)關(guān)模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 模 塊微處理器存 儲(chǔ) 器人 機(jī) 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(hào)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(hào)一般比較微弱，需要進(jìn)行放大處理，在傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)和放大器工作時(shí)，常常產(chǎn)生噪聲信號(hào)影響采集的準(zhǔn)確性，這就需要 8 濾波器降低各種噪聲信號(hào)提高系統(tǒng)的信噪比。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：通道數(shù)，即系統(tǒng)采集通道的個(gè)數(shù)；分辨率，采集系統(tǒng)可以分辨的輸入信號(hào)的最小變化量；系統(tǒng)精度，是實(shí)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(duì)模擬信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所能完成的采集次數(shù)；動(dòng)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(chēng)諧波失真是指當(dāng)系統(tǒng)輸入一個(gè)頻率為 f 的正弦波時(shí)其輸出中出現(xiàn)很多頻率為 kf 的頻率分量 [6]。 S3C44B0X 采 ARM7TDMI 內(nèi)核， 工藝的 CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編譯器。 傳感器輸入的信號(hào)通過(guò)多路開(kāi)關(guān)及信號(hào)調(diào)理模塊處理后得到比較符合要求的模擬信號(hào)，進(jìn)一步通過(guò)信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大電路 AD8021 的處理得到精度較高的、穩(wěn)定的模擬信號(hào)，通過(guò) 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(hào)，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。本章詳細(xì)介紹各個(gè)模塊的硬件電路以及實(shí)現(xiàn)的原理和過(guò)程。其選擇值如表 31 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(hào)處理鏈路以及控制環(huán)路?！?Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速率較低，但采樣精度會(huì)做得很高，且成本低廉，一般限于對(duì)低頻較窄的轉(zhuǎn)換。 5V、177。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(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)還提供了 +5V 或 + 的數(shù)字電源 [10]。 Flash 存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼，系統(tǒng)上電或復(fù)位后從此獲取指令并開(kāi)始執(zhí)行。 0 個(gè)時(shí)鐘周期 B0_Tacp EQU 0x0 。 寄存器的設(shè)置 使用到的 I/O 口的各個(gè)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。 6 個(gè)時(shí)鐘周期 B0_Toch EQU 0x0 。 Flash ROM 接口設(shè)計(jì)首先應(yīng)該確定硬件電路連接，然后設(shè)置 好 S3C44B0X 存儲(chǔ)器，再按照命令字讀、擦除、寫(xiě)操作 Flash。輸出接口方式： AD7663 提供了串行口輸出和并行口輸出兩種接口方式。 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD7663 介紹 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD7663 的主要特點(diǎn)如下： (1) 16 位的采樣保持功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器； (2) 250kHz 的采樣速率，信噪比達(dá)到 90dB； (3) 多種信號(hào)輸入范圍： 0~、 0~5V、 0~10V、177。并行比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器原理直觀，轉(zhuǎn)換速度極快（最高 1GHz 的采樣速率），常用于數(shù)字通信和高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域。輸出禁用引腳可以將靜態(tài)電源電流進(jìn)一步降低至 mA。 A01EN2I N 14I N 25I N 36I N 47O U T8I N 89I N 710I N 611I N 512A215A116M A X 3 0 8 E P E ( 1 6 )U inU inU inU inU inG PG 1G PG 2+5G PG 0U inU inU in 圖 32 多路開(kāi)關(guān) MAX308 IN1~IN8 是模擬 輸入通道，模擬信號(hào)由此輸入 。實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求 [7]。多開(kāi)關(guān)由微處理器 S3C44B0X 進(jìn)行控制選擇。它 為手持設(shè)備和一般類(lèi)型應(yīng)用提供了高性價(jià)比和高性能的微控制器解決方案。量化結(jié)果的位數(shù)是有限制的，必須經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)方式處理，所以這就 帶來(lái)了量化誤差，量化誤差的具體值是由其結(jié)果所用的處理方式有關(guān)。在這種情況下，通常用硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換過(guò)程的控制和采樣數(shù)據(jù)的同步；其次，如果系統(tǒng)的實(shí) 時(shí)性要求高，必須采用高速緩存對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和高速 DS 芯片完成數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。 目前國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： (1) 利用各種微控制芯片來(lái)處理，采集速度越來(lái)越快，精度越來(lái)越高。生產(chǎn)廠家會(huì)為這些系統(tǒng)配備專(zhuān)用的軟件包。裝置靈活性好，并且可以自動(dòng)規(guī)劃完成采集任 務(wù)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了得到我們需要的數(shù)據(jù)，通常需要將一些由傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能滿足專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)合，這就迫使許多公司開(kāi)發(fā)出各種專(zhuān)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。將系統(tǒng)化分成各個(gè)功能單元并對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)采集可以說(shuō)是數(shù)字信號(hào)處理的核心，數(shù)據(jù)采集的好壞將直接影響未來(lái)的工作。最后提出了關(guān)于 高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)。因此數(shù)據(jù)采集裝置網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化的要求也越來(lái)越受到重視。并行總線的代表為 VXI 和 PXI，適用于本地?cái)?shù)據(jù)采集，多應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。為了解決這一致命的缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集裝置開(kāi)始使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，如 CAN、 RS485 等總線，數(shù)據(jù)采集裝置在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程 PC 機(jī)處理，這種數(shù)據(jù)采集裝置的優(yōu)點(diǎn)是可以遠(yuǎn)程傳輸，但較低的傳輸速度限制了此類(lèi)數(shù)據(jù)采集裝置的應(yīng)用領(lǐng)域 [4]。 第四章：本章介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集模塊功能實(shí)現(xiàn)流程及一些子程序的設(shè)計(jì)和總體程序設(shè)計(jì)。采樣時(shí)的采樣周期決定了得到采樣信號(hào)的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)采樣后的離散采樣信號(hào)是否能代表模 擬信號(hào)的全部信息，奈奎斯特采樣定理就是解決這一重要問(wèn)題的理論，可以說(shuō)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基石。一臺(tái)以嵌入式系統(tǒng)為核心的控制裝置，一般可以控制多個(gè)設(shè)備和過(guò)程參數(shù)，這就要求系統(tǒng)的通用性要好，能靈活的進(jìn)行功能擴(kuò)充。軟件設(shè)計(jì)共包括五部分：通道選擇，數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)顯示和鍵盤(pán)控制。 (5) 顯示模塊 S3C44B0X 內(nèi)部有一個(gè) LCD 控制器，只需要在外部接一個(gè)液晶驅(qū)動(dòng)模塊就可以具有顯示功能了。 14 多路開(kāi)關(guān)的選擇 本系統(tǒng)選用的是 8 通道的模擬數(shù)據(jù)選擇器 MAX308，輸出哪路信號(hào)通過(guò)總線控制。 AD8021 具有低壓噪聲和低電流噪聲，是當(dāng)今的高速低噪聲運(yùn)算放大器產(chǎn)品中靜態(tài)電源電流 （ 7mA 177。比較常用的 ADC 按轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)和工作原理主要分為四類(lèi)：積分型 AD 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型、并行比較型 ADC、∑ Δ轉(zhuǎn)換器。AD7663 具有分辨率高、采樣速率高、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，在高速高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。包括了一個(gè)基準(zhǔn)電壓、一個(gè)電壓跟隨器及供電電路等。利用翻轉(zhuǎn)或數(shù)據(jù)采集來(lái)確定編程是否完成。 BANKCON0 寄存器設(shè)置中包含了 Tacs、 Tcos、 Tacc、 Toch、 Tcah、 Tpac和 PMC7 個(gè)參數(shù)。 鍵盤(pán)線路模塊設(shè)計(jì) G P E 4G P E 5G P E 6G P E 7GPF5GPF6GPF7GPF81K+5 310 鍵盤(pán)連接電路圖 本設(shè)計(jì)采用 S3C44B0X 通用 I/O 引腳的 GPE4~GPE7 為行線輸入端，GPF5~GPF8 為列線輸出端，與 44 的鍵盤(pán)相連。矩陣鍵盤(pán)的案件按 N 行 M 列排隊(duì)每個(gè)鍵盤(pán)占據(jù)行列的一個(gè)交點(diǎn)，需要的 I/O 口數(shù)目是 N+M，容許的最大按鍵數(shù)為 NM。 A 1 51A 1 42A 1 33A 1 24A 1 15A 1 06A97A88A 1 99NC10W E 11R S T 12NC13W P 14NC15A 1 816A 1 717A718A619A520A421D Q 1 545D Q 744D Q 1 443D Q 642D Q 1 341D Q 1 136D Q 335D Q 1 034D Q 233D Q 932D Q 131D Q 830D Q 029O E 28V s s27C E 26A025D Q 540D Q 1 239D Q 438V D D37A322A223A124Vss46NC47A1648S S T 3 9 V F 1 6 0U4S S T 3 9 V F 1 6 0 1n R E S E Tn W En O En G C S 0V