【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 蕩器，使用方便，可靠性高。只需外接不同阻值和電容值的電阻電容即可實(shí)現(xiàn)不同寬度的脈沖輸出。具體電路如圖 22 所示 。 圖 22 發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路 低通濾波器的設(shè)計(jì) 超聲波在人體內(nèi)傳播的過(guò)程中，遇到不同的界面時(shí)，就會(huì)發(fā)生部分反射和部分 透射。當(dāng)兩個(gè)反射的分界面的性質(zhì)相同時(shí)，反射和透射的百分率是相同的。因此，相同性質(zhì)的分界面處于相同深度時(shí)，反射回來(lái)的超聲能量是相等的。但是相同性質(zhì)的分界面處于不同的深度時(shí)，超聲強(qiáng)度隨探測(cè)深度的增加而逐漸衰減。超聲波在人體組織內(nèi)的衰減是一個(gè)很復(fù)雜的物理過(guò)程，它是由于超聲在人體組織內(nèi)傳播時(shí)，被人體組織吸收、反射、繞射、折射和散射等原因造成。其中，吸收是主要的。超聲波在人體內(nèi)的傳播過(guò)程中，能量被人體組織吸收，隨著探測(cè)深度的RST1(RXD)2(TXD)3XTAL24XTAL15(INT0)6(INT1)7(T0)8(T1)9GND1011(AIN0)12(AIN1)13141516171819VCC20U8AT89C205112R03KR23KC1R/C15Cext14A1B2CLR3Q13Q4*SN74LS22INVCCVCCC2100PFVCCVCCoutput南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 28 頁(yè) 增加超聲波能量逐漸衰減。對(duì)于均勻的生物體軟組織，聲衰減系數(shù)在區(qū)域內(nèi)基本上是相同的。 經(jīng)過(guò)前置放 大器處理后的超聲回波信號(hào)中混有較多的高頻噪聲，為方便后級(jí)電路對(duì)有用信號(hào)的處理，需要對(duì)噪聲進(jìn)行消除，因此引入低通濾波器。采用 TL082構(gòu)成四階巴特沃斯低通濾波器， TL082 是一款高帶寬，雙通道運(yùn)算放大器，其帶寬可達(dá)到 4MHz，輸入阻抗為 10? ，截止頻率為： 通帶增益為： ?G 100 前置放大器設(shè)計(jì) 超聲回波信號(hào)頻率高，強(qiáng)度弱，噪聲大，需要先對(duì)其進(jìn)行放大處理。在放大的時(shí)候應(yīng)特別小心，如果處理不好將會(huì)給后級(jí)電路造 成極大的麻煩。因此，前置放大電路是整個(gè)超聲信號(hào)接收電路的一個(gè)重點(diǎn)，同時(shí)也是一個(gè)瓶頸。 采用三級(jí)管 MRF904 和 MM4049 實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗的前置放大器，這兩種三級(jí)管是一組對(duì)管，性能很接近，其轉(zhuǎn)換頻率在 VVce 10? , mAIc 10? 時(shí)可達(dá)到，很適合用于對(duì)高頻信號(hào)的處理。此前置放大器能夠很好地避免信號(hào)的衰減并對(duì)噪聲有一定的抑制作用。具體電路如圖 23 所示。 圖 23 前置電路原理圖 R2174R1 R3562R4R5R6562R7174R8U11uFQ1MRF904Q2MM4049U21uFU31uFU41uFU51uFU61uF+5V5V5V+5VR9100Mf CCRRCCRRc 43432121 11 ????? ??南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 28 頁(yè) A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 超聲回波信號(hào)在經(jīng)過(guò)一系列模擬電路處理后，還需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化，以供后端的更高級(jí)處理。前端模擬處理加后端數(shù)字處理的方法是現(xiàn)在電路系統(tǒng)中普遍采用的方式，雖然數(shù)字化技術(shù)在當(dāng)今已占主導(dǎo)地位，但是模擬技術(shù)絕對(duì)不會(huì)被取代，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界本就是一個(gè)模擬的世界。因此，我們要進(jìn)行數(shù)字化處理 A/D轉(zhuǎn)換很重要。 選用 AD 公司的 AD9220 實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。 AD9220 是一款通用的高性能 12位 A/D 轉(zhuǎn)換器，采樣率最高可達(dá) 10MSPS。我們采用 的探頭，根據(jù)采樣定理，這款 A/D 轉(zhuǎn)換器能夠達(dá)到要求。用 74HC541 對(duì)轉(zhuǎn)換輸出的數(shù) 字信號(hào)進(jìn)行緩存，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的支持。 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 24 所示。 圖 24 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 R47200C311000D7IN5711D8IN5711C3215PCLOCK1BIT122BIT113BIT104BIT95BIT86BIT77BIT68BIT59BIT410BIT311BIT212BIT113OTR14AVDD15AVDD26VINA23CAPB20CAPT21CML22VINB24VREF18SENSE17REFCOM19DVSS27DVDD28AVSS25AVSS16U5 AD9220C33C34C35C30C38C40C3710UF/16VC4110UF/16VC42G11A12A23A34A45A56A67A78A89GND10Y811Y712Y613Y514VCC20Y118Y217Y415Y316G219U674HC541G11A12A23A34A45A56A67A78A89GND10Y811Y712Y613Y514VCC20Y118Y217Y415Y316G219U774HC541R5522R5422R5322R5222R5122R5022R4822R4922R6322R6122R6022R5922R5822R5722R5622R6222BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT7BIT8BIT9BIT10BIT11BIT12OTRBTT2BTT1BTT4BTT3BTT5BTT6BTT7BTT8BTT9BTT10BTT11BTT125V5VC390.1UF5VInport南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 28 頁(yè) 3 ARM 體系結(jié)構(gòu)和 BootLoader 的實(shí)現(xiàn) ARM 體系結(jié)構(gòu) ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 1991 年 ARM 公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。在 32 位 RISC 中 CPU 開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從 V3 發(fā)展到 V6。 由于 ARM 公司自成立以來(lái)，一直以 IP 提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而自己不介入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)計(jì)的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠商的大力支持，在 32 位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有 75%以上的 32 位 RISC 嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)。在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位。 目 前非 常流 行的 ARM 核有 ARM7TDMI,StrongARM ， ARM720T ，ARM920TDMI， ARM922T， ARM940T， ARM946T， ARM966T， ARMI0TDM1等。自 V5 以后， ARM 公司提供 Piccolo DSP 的芯核給芯片設(shè)計(jì)者，用于設(shè)計(jì)ARM+DSP 的 SOC(System On Chip)結(jié)構(gòu)的芯片。此外， ARM 芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RealTime Operating System)供應(yīng)商的支持，比較知名的有： Linux，Win CE， pSOS， VxWorks， Mucleus， EPOC， uCOS， BeOS 等。 ARM 處理器的工作狀態(tài) 從編程的角度看， ARM920T 處理器的工作狀態(tài)一般有兩種 （ 1） ARM 狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí) 行 32 位的、字對(duì)齊的 ARM 指令； （ 2） Thumb 狀態(tài)，此時(shí)處理器執(zhí)行 16 位的、半字對(duì)齊的 Thumb 指令。 ARM指令集和 Thumb 指令集均有切換處理器狀態(tài)的指令，在程序的執(zhí)行過(guò)程中，處理器可以隨時(shí)在兩種工作狀態(tài)之間切換。并且，處理器工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)變并不影響處理器的工作模式和相應(yīng)寄存器中的內(nèi)容。但 ARM 處理器在開(kāi)始執(zhí)行代碼時(shí)，應(yīng)該處于 ARM 狀態(tài)。 ARM 處理器模式 ARM920T 支持 7 種運(yùn)行模式，分別為： 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 28 頁(yè) （ 1）用戶模式 (usr)， ARM 處理器正常的程序執(zhí)行狀態(tài)； （ 2）快速中斷模式 (fiq)，用于 高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理； （ 3）外部中斷模式 (irq)，用于通用的中斷處理； （ 4）管理模式 (svc)，操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式； （ 5）數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止模式 (abt)，當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)； （ 6）系統(tǒng)模式 (sys)，運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)； （ 7）未定義指令終止模式 (und)，當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。 ARM 處理器的運(yùn)行模式可以通過(guò)軟件改變，也可以通過(guò)外部中斷或異常處理改變。大多數(shù)的應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶模式下，當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶模 式下時(shí)，某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問(wèn)的。 ARM920T 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 ARM920T 采用 5 級(jí)流水線，具有分開(kāi)的指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 5 級(jí)流水線具體如下： （ 1）取指：從存儲(chǔ)器中去取指令，并將其放入指令流水線。 （ 2）譯碼：對(duì)指令進(jìn)行譯碼。 （ 3）執(zhí)行：把一個(gè)操作數(shù)移位，產(chǎn)生 ALU 的結(jié)果。 （ 4）緩沖 /數(shù)據(jù)：如果需要，則訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；否則 ALU 的結(jié)果只是簡(jiǎn)單地緩沖 1 個(gè)時(shí)鐘周期，以便所有的指令具有同樣的流水線流程。 （ 5）回寫(xiě)：將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫(xiě)到寄存器，包括任何從存儲(chǔ)器中讀取的數(shù)據(jù)。ARM920T 處理器的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是采用指令和數(shù)據(jù)分離訪問(wèn)的方式，即采用了指令緩存 (ICache)和數(shù)據(jù)緩存 (DCache)。這樣可以把指令訪問(wèn)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)單獨(dú)安排 1 級(jí)流水線。 S3C2410A 處理器介紹 S3C2410A 在包含 ARM920T 核的同時(shí)，增加了豐富的外圍資源 。 其中片內(nèi)外圍模塊主要包括： （ 1）一個(gè) LCD 控制器，支持 STN 和 TFT 液晶顯示屏； （ 2）外部存儲(chǔ)管理（ SDRAM 控制器和芯片選擇邏輯）； （ 3） 3 個(gè)通道的 UART； （ 4） 4 個(gè)通道的 DMA，支持存儲(chǔ)器和 I/O 口之間的傳輸，以提高傳 輸速率； （ 5） 4 個(gè)具有 PWM 功能的 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器和 1 個(gè) 16 位內(nèi)部定時(shí)器，支持外南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 28 頁(yè) 部時(shí)鐘源； （ 6） 8 通道的 10 位 ADC，最高速率可達(dá)到 500kB/s， 10 位分辨率； （ 7）觸摸屏接口； （ 8） IIS 總線接口； （ 9） 2 個(gè) USB 主機(jī)接口， 1 個(gè) USB 設(shè)備接口； （ 10） 2 個(gè) SPI 接口； （ 11） SD 卡接口和 MMC 卡接口； （ 12） 16 位看門狗定時(shí)器； （ 13） 117 位通用 I/O 口和 24 位外部中斷源； （ 14） 8 通道 10 位 AD 控制器； （ 15）電源管理。 S3C2410A 同時(shí)集成了一個(gè)具有日歷功能 RTC 和具有 PLL（ MPLL 和 UPLL）的芯片時(shí)鐘發(fā)生器。 MPLL 產(chǎn)生主時(shí)鐘，能夠支持處理器工作頻率最高達(dá)到203MHz。 UPLL 產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)主從 USB 功能的