【正文】 可在線編程下載的Flash集成在一個(gè)芯片上，便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。AT89S52的主要特性：兼容MCS51產(chǎn)品，8K字節(jié)可擦寫(xiě)一千次左右的在線可編程ISP閃存，～，全靜態(tài)工作頻率為0Hz～24MHz，3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密，256B內(nèi)部RAM，32條可編程I/O線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源，UART串行通道，低功耗空閑方式和掉電方式，中斷終止掉電方式，看門(mén)狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，在線編程（字節(jié)和頁(yè)模式）靈活。專(zhuān)用寄存器只能通過(guò)直接尋址方式來(lái)訪問(wèn)。 嵌入式微處理器 嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)是基于通用計(jì)算機(jī)中的CPU的，與通用計(jì)算機(jī)的微處理器不同的是，它只保留了與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，也就是說(shuō)它是計(jì)算機(jī)CPU的精簡(jiǎn)版。ARM處理器采用的是 RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))技術(shù)，與 CISC(Complex Instruction Set Computer,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))技術(shù)相比其指令集及相應(yīng)的代碼解釋機(jī)制都得到了簡(jiǎn)化，正是這種這種簡(jiǎn)化使得用一小型廉價(jià)的芯片即可實(shí)現(xiàn)較高的指令吞吐量及實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)的功能。在本系統(tǒng)中上位機(jī)的控制中心，所選用的芯片是三星的S3C2440。S3C2440有著十分優(yōu)秀的特性，其內(nèi)核是一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位的ARM920T系列精簡(jiǎn)指令集的計(jì)算機(jī)微處理器。S3C2440集成了如下片上功能： ，16KB指令Cache（ICache）/16KB數(shù)據(jù)Cache（DCache）； 外部?jī)?chǔ)存控制器（SDRAM控制盒片選邏輯）； 集成LCD專(zhuān)用DMA的LCD控制器（支持最大4K色STN和256K色TFT）； 4路擁有外部請(qǐng)求引腳的DMA控制器； 3路URAT（，64B Tx FIFO，64B Rx FIFO）； 2路SPI； I2C總線接口（多主支持）； IIS音頻編解碼器接口； AC`97編解碼器接口； ，； 2路USB主機(jī)控制/1路USB期間控制（）； 4路PWM定時(shí)器/1路內(nèi)部定時(shí)器/看門(mén)狗定時(shí)器； 8路10位ADC和觸摸屏接口； 具有日歷功能的RTC； 攝像頭接口（支持最大4096x4096的輸入，2048x2048縮放輸入）； 130個(gè)通用I/O，24個(gè)外部中斷源； 電源控制：正常，慢速，空閑，睡眠模式； 帶PLL的片上時(shí)鐘發(fā)生器；工作電壓：　　內(nèi)核：300MHZ 400MHZ 儲(chǔ)存器：； I/O：； 操作頻率： Fclk: 400MHZ Hclk: 136MHZ Pclk: 68MHZS3C2440的總線信號(hào)由總線控制器、SDRAM/SRAM、NAND Flash、LCD控制單元、攝像機(jī)接口、DMA、UART、ADC、IICBus、AC`9觸摸屏、USB主機(jī)、USB從機(jī)、SPI、SD、通用口、定時(shí)器/PWM、JTAG、復(fù)位，時(shí)鐘，電源等這些部分構(gòu)成。S3C2440有以下特性：由軟件選擇的Little/Big endian模式，地址空間：每組（bank）128M字節(jié)，8組共1GB空間，除bank0（16/32bit）外，所有bank都為可編程訪問(wèn)位寬（8/16/32bit），共8個(gè)儲(chǔ)存組，6組用作ROM，SRAM等，2組用作ROM，SRAM，SDRAM等，7個(gè)bank為固定起始地址，1個(gè)bank為可變起始地址和2個(gè)bank為可編程大小，所有bank訪問(wèn)周期可編程改變，擴(kuò)展總線周期的外部等待信號(hào)，支持SDRAM的自刷新和電源管理模式。與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)區(qū)別，在很多方面獨(dú)具特色，設(shè)計(jì)要求也大不一樣，主要包括以下幾個(gè)方面：面向特定應(yīng)用；系統(tǒng)構(gòu)成隨應(yīng)用變化；體系結(jié)構(gòu)根據(jù)具體的應(yīng)用確定；系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)；綜合性能穩(wěn)定；可靠性高；功耗低；實(shí)時(shí)性好。一個(gè)進(jìn)程包括一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程作為進(jìn)程的基本線程，進(jìn)程能夠創(chuàng)造未定數(shù)量的額外線程，額外線程的實(shí)際數(shù)目，僅由系統(tǒng)可利用的資源決定。其中，0和1通常作為實(shí)時(shí)過(guò)程和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，2～4為線程和通常功能，5～7低于其它功能級(jí)別，需要注意的是級(jí)別6為目前狀態(tài)并有穩(wěn)定聯(lián)接。 Windows CE的優(yōu)點(diǎn)：第一：WINCE開(kāi)發(fā)相對(duì)較容易，開(kāi)發(fā)周期短，內(nèi)核完善，主要是應(yīng)用層開(kāi)發(fā)，而LINUX開(kāi)發(fā)難度較高，需要很高的技術(shù)實(shí)力。 系統(tǒng)總體介紹本系統(tǒng)分為下位機(jī)和上位機(jī)。接收端的基于nRF401的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收信號(hào)，并輸出到S3C2440微處理器，進(jìn)而顯示出來(lái)。無(wú)線收發(fā)模塊還接有高增益天線，大大加大了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。溫濕度傳感器SHT11通過(guò)AT89S52控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并在LCD上顯示。完成對(duì)數(shù)據(jù)采集的控制及監(jiān)控，接收數(shù)據(jù)，處理采集到的數(shù)據(jù)并顯示出來(lái)。同時(shí)該傳感器還可以進(jìn)行相對(duì)濕度和溫度一體測(cè)量，精確露點(diǎn)測(cè)量，全量程標(biāo)定，無(wú)需重新標(biāo)定即可互換使用，并且有著極高的精度和穩(wěn)定性。AT89S52從上位機(jī)接收到采集溫濕度的命令，然后通知 SHT11進(jìn)行環(huán)境溫度、濕度的采集，采集數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸T89S52中,用以顯示和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。不過(guò)需要注意的是：時(shí)鐘線SCK用于保持AT89S52與SHT11之間通信的同步，DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻。例如：，SCK最高頻率為10MHz，時(shí)鐘線SCK最高頻率則為1MHz?！?7V。此外，它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。改變輸出電容即能改變瞬態(tài)響應(yīng)，調(diào)整端使用濾波電容即能夠得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò)LM317的極限就行。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。輸入電要最高不能超過(guò)40V，輸出電流最好不超過(guò)1A。因?yàn)樗鼉?nèi)部還是線性穩(wěn)壓，所以功耗比較大。一般加散熱片后功耗不會(huì)超過(guò)20W。 78L05芯片78L05是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器，其適用于很多應(yīng)用場(chǎng)合。此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅(qū)動(dòng)輸出電流高達(dá)100毫安的穩(wěn)壓器。當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管電阻組的時(shí)候,其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少。所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三種電源。它主要采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理由行驅(qū)動(dòng)—控制器和列驅(qū)動(dòng)器兩部分組成了 128(列)64(行)的全點(diǎn)陣液晶顯示。引腳信息如表32所示：表32 DM12864M引腳及說(shuō)明管腳號(hào)管腳名稱(chēng)LEVER功能描述1VSS0電源地2VDD+電源電壓3V0液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”表示DB7～DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”表示DB7～DB0為顯示指令5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7～DB0R/W=“H”,E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號(hào)下降沿鎖存到DB7～DB0 R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7～DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB0H/L數(shù)據(jù)線9DB0H/L數(shù)據(jù)線10DB0H/L數(shù)據(jù)線11DB0H/L數(shù)據(jù)線12DB0H/L數(shù)據(jù)線13DB0H/L數(shù)據(jù)線14DB0H/L數(shù)據(jù)線15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號(hào)16CS1H/LH:選擇芯片(左半屏)信號(hào)17RETH/L復(fù)位信號(hào),低電平復(fù)位18VOUT10VLCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓19LED+LED背光板電源20LEDLED背光板電源 液晶顯示模塊DM12864M圖形液晶顯示模塊與 MPU 的連接方式有兩種：一種為直接訪問(wèn)方式，一種為間接控制方式。本模塊原理圖如圖33所示：圖33 液晶顯示模塊原理圖 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 nRF401芯片本模塊采用的芯片為nRF401，是一個(gè)為433MHzISM頻段設(shè)計(jì)的真正單片UHF無(wú)線收發(fā)芯片，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，nRF401最高工作速率可以達(dá)到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm；天線接口設(shè)計(jì)為0db高增益天線，以便于提高傳輸距離；nRF401還具有待機(jī)模式，這樣可以更省電和高效；～5V 。引腳及說(shuō)明如表33所示：表33 nRF401引腳說(shuō)明引腳名稱(chēng)功能說(shuō)明1XC1輸入晶振輸入2VDD電源電源+3～5V3VSS地電源地4FILT1輸入環(huán)路濾波器5VCO1輸入VCO電感6VCO2輸入VCO電感7VSS地電源地8VDD電源電源+3～5V9DIN輸入數(shù)據(jù)輸入10DOUT輸出數(shù)據(jù)輸出11RF_PWR輸入發(fā)射功率設(shè)置12CS輸入頻道選擇:CS=0—CS=1—13VDD電源電源+3～5V14VSS地電源地15ANT2輸入/輸出天線終端16ANT1輸入/輸出天線終端17VSS地電源地18PWR_UP輸入節(jié)電控制，PWR_UP=1—Power up(Operating mode)19TXEN輸入發(fā)射/接收控制： TXEN=1—Transmit mode，TXEN=0—Receive mode20XC2輸出晶振輸出：1）TX→RX的切換： 當(dāng)從RX→TX模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸入腳DIN必須保持為高至少1ms才能發(fā)送數(shù)據(jù)。 2）Standby→RX的切換：從待機(jī)模式到接收模式，當(dāng)PWR_UP輸入設(shè)成1時(shí)，經(jīng)過(guò)tSR時(shí)間后DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效，對(duì)nRF401來(lái)說(shuō)tST最長(zhǎng)的時(shí)間是3ms。4）Power Up→TX的切換：從加電到發(fā)射模式過(guò)程中,為了避免開(kāi)機(jī)時(shí)產(chǎn)生干擾和輻射, 在上電過(guò)程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。5）Power Up→ RX 的切換：從上電到接收模式過(guò)程中，芯片將不會(huì)接收數(shù)據(jù)DOUT也不會(huì)有有效數(shù)據(jù)輸出，并且至少保持 5ms。 無(wú)線傳輸模塊介紹 本模塊主要有nRF40外圍器件以及高增益天線組成。本模塊原理圖如圖335所示：圖34 無(wú)線傳輸模塊發(fā)送原理圖圖35 無(wú)線傳輸模塊接收原理圖 ARM外接存儲(chǔ)器模塊 外接NAND FLASHNand Flash內(nèi)存是Flash內(nèi)存的一種，其內(nèi)部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量?jī)?nèi)存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。 S3C2440外接NAND FALSH的原理圖如圖36所示：圖36 外接NAND FALSH原理圖 外接SDRAMSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory):同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，同步是指 Memory工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲(chǔ)，而是自由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。通常LCD驅(qū)動(dòng)器會(huì)以COF/COG的形式與LCD 玻璃基板制做在一起，而LCD控制器則由外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于TFT屏將是今后應(yīng)用的主流，因此重點(diǎn)圍繞TFT屏的控制來(lái)進(jìn)行。本模塊采用的液晶顯示屏為觸摸屏LTV350QVF0E。如果沒(méi)有收到，則向上位機(jī)發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送指令，再判斷是否收到重發(fā)指令，若收到，則重新發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，若未收到，則重新判斷是否接收到請(qǐng)求發(fā)送指令；如果收到采集指令，則NRF401進(jìn)行初始化，設(shè)為發(fā)送狀態(tài)，接著，調(diào)用DM12864M的顯示子函數(shù)，再調(diào)用NRF401的發(fā)送子函數(shù)，然后發(fā)送“發(fā)送完畢”指令到上位機(jī)，再把NRF401置為接收狀態(tài)。下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：初始化函數(shù)、發(fā)送函數(shù)、采集函數(shù)、顯示函數(shù)等。因?yàn)樵摱€串行通信協(xié)議與I2C協(xié)議是不兼容的，所以在程序一開(kāi)始，就需要用一組啟動(dòng)傳輸時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖42所示。圖42 數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)時(shí)序SHT11溫濕度測(cè)試時(shí)序如圖43所示：S地址和命令A(yù)CK測(cè)量數(shù)據(jù)（高）ACK數(shù)據(jù)（低）ACKCRCMACK圖43 SHT11溫濕度測(cè)試時(shí)序圖SHT11總的測(cè)量時(shí)序如下：當(dāng)SCK為高電平時(shí)，DATA為低電平，然后SCK變?yōu)榈碗娖?，接著?dāng)SCK再為高電平時(shí)，DATA也變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)表示數(shù)據(jù)讀寫(xiě)(啟動(dòng)序列)開(kāi)始，然后發(fā)送一個(gè)8位的命令碼，包括3B的地址位和5B的命令位。接著，控制器可以在測(cè)量值LSB后，通過(guò)保持確認(rèn)位ACK高電平來(lái)中止通訊。由于微處理器通過(guò)二線串行數(shù)字接口訪問(wèn)濕度傳感器SHT11，而訪問(wèn)協(xié)議是芯片生產(chǎn)商自定義的，因此需要利用通用I/O口模擬該通信協(xié)議。SHT11可以通過(guò)DATA數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。由于相對(duì)濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：其中，RHlinear為線性補(bǔ)償后濕度值，SORH為相對(duì)濕度測(cè)量值，CCC3為線性補(bǔ)償系數(shù)，取值如表41:表41 濕度線性補(bǔ)償系數(shù)S0RH C1C2C312位41068位4104因?yàn)闇囟葘?duì)有著濕度十分顯著的影響，因此需要對(duì)上述計(jì)算得到的濕度用如下公式進(jìn)行補(bǔ)償：上式中，RHtrue為線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后