【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 ....................................................36 主程序流程 ............................................................................36 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 ........................................................................39 鍵盤程序掃描程序 ................................................................41 結(jié) 論 .................................................................................................45 謝 辭 .................................................................................................46 參考文獻 .............................................................................................47 附 錄 .................................................................................................49 外文資料翻譯 .....................................................................................55 前 言 隨著數(shù)字化時代的來臨，數(shù)字信號的處理技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活的方方面面，化工、醫(yī)學、工業(yè) 及科研等各個領(lǐng)域中，都必須對相應(yīng)的信號進行檢測與處理。 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，實現(xiàn)對信號的采集和 數(shù)據(jù)處理的功能。 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。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)。這種過程即被稱為數(shù)據(jù)采集。 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。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。 (3) 系統(tǒng)自動化、智能化程度不斷提高。 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。 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]。 S3C44B0X 采 ARM7TDMI 內(nèi)核， 工藝的 CMOS標準宏單元和存儲編譯器。 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。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。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，但采樣精度會做得很高，且成本低廉，一般限于對低頻較窄的轉(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準，系統(tǒng)還提供了 +5V 或 + 的數(shù)字電源 [10]。 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(fù)位后從此獲取指令并開始執(zhí)行。 0 個時鐘周期 B0_Tacp EQU 0x0 。 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。 6 個時鐘周期 B0_Toch EQU 0x0 。 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。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，信噪比達到 90dB； (3) 多種信號輸入范圍： 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 多路開關(guān) MAX308 IN1~IN8 是模擬 輸入通道，模擬信號由此輸入 。實現(xiàn)了設(shè)計要求 [7]。多開關(guān)由微處理器 S3C44B0X 進行控制選擇。它 為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了高性價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)過數(shù)學方式處理，所以這就 帶來了量化誤差，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，通常用硬件實現(xiàn)轉(zhuǎn)換過程的控制和采樣數(shù)據(jù)的同步；其次，如果系統(tǒng)的實 時性要求高，必須采用高速緩存對數(shù)據(jù)進行存儲和高速 DS 芯片完成數(shù)字信號的實時處理。 目前國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下特點： (1) 利用各種微控制芯片來處理，采集速度越來越快，精度越來越高。生產(chǎn)廠家會為這些系統(tǒng)配備專用的軟件包。裝置靈活性好，并且可以自動規(guī)劃完成采集任 務(wù)。在生產(chǎn)實踐中，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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能滿足專門的場合，這就迫使許多公司開發(fā)出各種專用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。將系統(tǒng)化分成各個功能單元并對各個功能模塊進行分析。數(shù)據(jù)采集可以說是數(shù)字信號處理的核心，數(shù)據(jù)采集的好壞將直接影響未來的工作。最后提出了關(guān)于 高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的觀點。因此數(shù)據(jù)采集裝置網(wǎng)絡(luò)化和遠程化的要求也越來越受到重視。并行總線的代表為 VXI 和 PXI，適用于本地數(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，數(shù)據(jù)采集裝置開始使用現(xiàn)場總線技術(shù)，如 CAN、 RS485 等總線，數(shù)據(jù)采集裝置在工業(yè)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)并通過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程 PC 機處理，這種數(shù)據(jù)采集裝置的優(yōu)點是可以遠程傳輸，但較低的傳輸速度限制了此類數(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，數(shù)據(jù)采集模塊功能實現(xiàn)流程及一些子程序的設(shè)計和總體程序設(shè)計。采樣時的采樣周期決定了得到采樣信號的質(zhì)量，經(jīng)過采樣后的離散采樣信號是否能代表模 擬信號的全部信息，奈奎斯特采樣定理就是解決這一重要問題的理論，可以說是整個數(shù)據(jù)采集技術(shù)的基石。一臺以嵌入式系統(tǒng)為核心的控制裝置，一般可以控制多個設(shè)備和過程參數(shù)，這就要求系統(tǒng)的通用性要好，能靈活的進行功能擴充。軟件設(shè)計共包括五部分：通道選擇，數(shù)據(jù)采集處理，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)顯示和鍵盤控制。 (5) 顯示模塊 S3C44B0X 內(nèi)部有一個 LCD 控制器，只需要在外部接一個液晶驅(qū)動模塊就可以具有顯示功能了。 14 多路開關(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，輸出哪路信號通過總線控制。 AD8021 具有低壓噪聲和低電流噪聲，是當今的高速低噪聲運算放大器產(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：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，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。包括了一個基準電壓、一個電壓跟隨器及供電電路等。利用翻轉(zhuǎn)或數(shù)據(jù)采集來確定編程是否完成。 BANKCON0 寄存器設(shè)置中包含了 Tacs、 Tcos、 Tacc、 Toch、 Tcah、 Tpac和 PMC7 個參數(shù)。 鍵盤線路模塊設(shè)計 G P E 4G P E 5G P E 6G P E 7GPF5GPF6GPF7GPF81K+5 310 鍵盤連接電路圖 本設(shè)計采用 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 的鍵盤相連。矩陣鍵盤的案件按 N 行 M 列排隊每個鍵盤占據(jù)行列的一個交點，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