【正文】 ③網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。④消費(fèi)類電子產(chǎn)品:ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲掃七中得到J一‘泛采用。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)【’“]。(2)采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn):①體積小、低功耗、低成本、高性能。③大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。⑤尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列:ARM7系列、ARMg系列、ARMgE系列、ARMloE系列、seeureore系列、Inter的xseale、玩ter的strongARM。其中，ARMARMg、ARMgE和ARM10為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。從上面的介紹可以看出ARM系列處理器依據(jù)功能和價(jià)位可以劃分為不同的檔次，每一款處理器都是針對(duì)特定的應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的。 (3)53C2410是三星公司針對(duì)工業(yè)級(jí)和民用級(jí)等多種應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的一款性價(jià)比較高的16/32位RISC嵌入式微處理器，其內(nèi)部除了包含ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位 ARM92oTRlse處理內(nèi)核外，s3C2410還包括以下比較重要的功能模塊[’“]:內(nèi)帶有 MMU(Memorymanageunit)內(nèi)存管理單元，故53e2410支持 WindowseE、嵌入式Linux等多種嵌入式操作系統(tǒng)。完全可編程控制的外部總線接口 (Extemalbusinierfaee)，其存儲(chǔ)空間可分為8個(gè) 128MBank，每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)都支持8/16/32字寬進(jìn)行讀寫操作，最大地址訪問(wèn)空間為IG。3個(gè)異步串行口，其中一個(gè)可設(shè)置成紅外口?？删幊炭撮T狗定時(shí)器。5個(gè)16位定時(shí)/計(jì)算器。2個(gè)USB主設(shè)備口，l個(gè)USB從設(shè)備。同時(shí)S3C24lO也提供了較好的電氣特性，具有工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，四種工作模式:正常模式、低能模式、休眠模式和停止模式〔’”l。其中一些引腳具有復(fù)用功能，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)核心板的時(shí)候并不需要把全部引腳都引出來(lái)，因?yàn)楹诵陌宀捎?層印刷線路板，制作成本比較高。本系統(tǒng)在核心板的制板過(guò)程中，在滿足當(dāng)前項(xiàng)目需要的前提下，預(yù)留了一些系統(tǒng)引腳資源，以方便今后的擴(kuò)展，同時(shí)又不會(huì)帶來(lái)成本的大幅增加。而在犯位處理器時(shí)代，處理器需要外接較大容量的內(nèi)存。由于目前的微處理器上幾乎都集成SDRAM控制器，本系統(tǒng)采用SDRAM作為系統(tǒng)內(nèi)存。它最大的特色就是可以與ePU的外部工作時(shí)鐘同步，和系統(tǒng)中的CPU、主板使用相同的工作時(shí)鐘，如果CPU的外部工作時(shí)鐘是100MHz，則送至內(nèi)存上的頻率也是100MHZ。SDRAM的工作原理如下:SDRAM是以陣列單元來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，因此在存取時(shí)必須提供一個(gè)行地址和一個(gè)列地址來(lái)確定所要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)的位置。接著地址總線上出現(xiàn)所要訪問(wèn)數(shù)據(jù)的行地址，并通過(guò)行地址信號(hào)的 CAS(ColumnaddressStrobe) 打入SDRAM，SDRAM從在這之前己選中的列中挑選出該行地址所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)輸出或輸入到數(shù)據(jù)總線。本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)考慮應(yīng)用的實(shí)際需求，采用的是兩片Hynix公司的HY57V561620內(nèi)存芯片，單片容量為 4BankSx4Mx16Bit，采用2片構(gòu)成64M的SDRAM模塊，具。在本系統(tǒng)中，采用了一片三星公司的KgF一20564M火5BitNANDFlashmemo仃作為操作系統(tǒng)鏡像和BootLoader的保存介質(zhì)。閃速存儲(chǔ)器(Flashmemory)是一類非易失性存儲(chǔ)器，即使在供電電源關(guān)閉后仍能保存片內(nèi)存儲(chǔ)信息。Flashmemory有其它非易失性存儲(chǔ)器的共同特點(diǎn):與EPROM相比教，閃速存儲(chǔ)器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與EEPROM相比較，閃速存儲(chǔ)器具有成本低、密度大的特點(diǎn)。不。這兩類閃存各有所長(zhǎng)，NOR型隨機(jī)讀取的速度比較快，擦除和寫入速度比較慢。一般NOR閃存的接口和EPROM相同，都有單獨(dú)的地址、數(shù)據(jù)和控制線，便于直接讀取。而NAND結(jié)構(gòu)的閃存，相對(duì)來(lái)說(shuō)讀取速度較慢，而擦除和寫入速度則比較快[2’]。閃存直接和8位數(shù)據(jù)總線連接，一次傳一個(gè)字節(jié)。NAND閃存的集成度比較高，主要設(shè)計(jì)用作固態(tài)文件存儲(chǔ)，沒有專門的地址線和數(shù)據(jù)線，只有控制線和8位1/0端口。由于集成度高，寫入和擦除速度快，NAND閃存適合用作大容量存儲(chǔ)器f22)。其中包括處理器使用的主時(shí)鐘晶振、輔助時(shí)鐘晶振電路。增強(qiáng)芯片帶載能力上拉電阻。它們一起構(gòu)成了ARM核心板的最小硬件系統(tǒng)板[23]。本次應(yīng)用所設(shè)計(jì)的核心板比較小巧，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)144芯SIMM插座與擴(kuò)展板板連接，具有較好的通用性，可以作為不同應(yīng)用開發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和平臺(tái)。用戶使用的核心板的各種功能，都是通過(guò)擴(kuò)展板上的外圍電路最終實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)锳RM系列處理器功能強(qiáng)大，引腳眾多，所以核心板必須至少使用6層印刷線路板才一能布線成功。而多層板的單位面積成本是大大高于2層板的，所以本系統(tǒng)把核心板和擴(kuò)展板分開設(shè)計(jì)。分層的設(shè)計(jì)方式可以讓開發(fā)者根據(jù)不同的應(yīng)用，靈活的設(shè)計(jì)擴(kuò)展板的資源。下面，就大連站北廣場(chǎng)地下水位監(jiān)測(cè)這一項(xiàng)目，本文對(duì)擴(kuò)展板進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)。比如說(shuō)如果將來(lái)用戶要求在區(qū)域采集系統(tǒng)中顯示當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，有了顯示器和觸摸屏就會(huì)非常方便。內(nèi)部自帶LeD控制器，支持多種類型的彩色Leo，如s翎、TFT等[26]。因?yàn)?3C2410自帶LCD控制器，所以擴(kuò)展起來(lái)很方便。RS232被定義為一種低速率串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。工業(yè)控制的RSZ犯口一般只使用RXD、TXD、CND三條線。RS232接口連接器一般使用型號(hào)為DB一9插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS232接口，因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需要三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號(hào)地GND”。系統(tǒng)核心板中S3C24lO具有3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UART接口，為了盡可能的擴(kuò)展對(duì)外接口，根據(jù)MAX3232芯片的功能，即每塊MAX3232可以擴(kuò)展2個(gè)獨(dú)立的RS232串口，故本系統(tǒng)通過(guò)2塊MAX3232芯片擴(kuò)展了3個(gè)RS232串口，其中一個(gè)作為與CDMA的接口，另外一個(gè)作為與ZigBee中心節(jié)點(diǎn)的接口，剩下的一個(gè)留作擴(kuò)展接口。由松下公司，東芝公司和美國(guó)sANDIsK公司共同開發(fā)研制的，具有大容量、高性能、安全等多種特點(diǎn)的多功能存儲(chǔ)卡。主要用于松下數(shù)碼攝像機(jī)、照相機(jī)，佳能和夏普攝像機(jī)、柯達(dá)、美能達(dá)、卡西歐數(shù)碼相機(jī)等廠家使用。此卡的讀寫速度比MMe卡要快4倍，達(dá)ZMB/秒。SD卡最大的特點(diǎn)就是通過(guò)加密功能，可以保證數(shù)據(jù)資料的安全保密。由于S3C24lO芯片內(nèi)部集成了SD驅(qū)動(dòng)電路，可方便地對(duì)SD卡進(jìn)行擴(kuò)展，以擴(kuò)展系統(tǒng)的非易失存儲(chǔ)空間。(2)CMD:命令/響應(yīng)信號(hào)。(4)VDD，VSSI，VSSZ:電源和地信號(hào)。是SD卡接口原理圖。另外本文雖然主要使用無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)建傳輸網(wǎng)絡(luò)，但是并不僅僅局限于使用無(wú)線通信技術(shù)。考慮到ARM處理器和嵌入式操作系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，本系統(tǒng)在擴(kuò)展版上擴(kuò)展了以太網(wǎng)接口。本文以CS89OOA芯片作為核心，通過(guò)芯片引腳和地址總線以及數(shù)據(jù)總線的連接，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)接口擴(kuò)展模塊。該芯片的突出特點(diǎn)是使用靈活，其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)內(nèi)部寄存器的設(shè)置來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。數(shù)據(jù)采集電路板作為數(shù)據(jù)采集終端的重要組成部分，主要功能在于接收服務(wù)器指令，測(cè)試通信狀態(tài)或者采集傳感器數(shù)據(jù)，然后對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再將有效數(shù)據(jù)發(fā)送至區(qū)域采集控制系統(tǒng)。在本文設(shè)計(jì)的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，除了要用到高端的犯位微處理器構(gòu)建系統(tǒng)核心結(jié)點(diǎn)之外，系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)大量的數(shù)據(jù)采集電路板。因此，本文采用了TI公司的16位微處理器 MSP43O149作為通信節(jié)點(diǎn)的核心。在運(yùn)算速度方面，MSP430系列單片機(jī)能在SMHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125us的指令周期。MsP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。其主要特性如下:(l)超低功耗:MSP430系列單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷杭办`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處。因而可使其在IMHZ的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電。在MSP43O系列中有兩種不同的系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng):基本時(shí)鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)(FLL和FLL+)時(shí)鐘系統(tǒng)。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能模塊所需的時(shí)鐘。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著不同。在等待方式下，在節(jié)電方式下，最低。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果程序跑飛，可一用看門狗將其復(fù)位。它們分別是看門狗(WDT)、模擬比較器A、定時(shí)器A(TimerA)、定時(shí)器B(TimerB)、串口0、l(USARTO、USRATI)、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、14位Aoe(Aoel4)、12位nAe、IZe總線、直接數(shù)據(jù)存取(nMA)、端口。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速?gòu)?fù)位。16位定時(shí)器(TimerA和TimerB)具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、PWM等。具有較多的并行端口，最多達(dá) 6XS條FO口線。12/14位硬件刀D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá)ZookbPs，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)兩路的12位D/A轉(zhuǎn)換。以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸(DMA)模塊。(3)方便高效的開發(fā)環(huán)境:目前MSP430系列單片機(jī)有OTP型、Flash型和ROM型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對(duì)于Flash型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的Flash存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到Flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和c語(yǔ)言[z9]。(l)壓阻式水位計(jì)20世紀(jì)70年代，一種新型壓力傳感器迅速發(fā)展，該傳感器是直接將壓力傳感器嚴(yán)格密封后置于水下測(cè)點(diǎn)，將其靜水壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用防水電纜傳至岸上，再用專用儀表將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成水位值，這種水位計(jì)被稱為“水下直接感壓式壓力水位計(jì)”又稱為“壓阻式壓力水位計(jì)”。能用在江河、湖泊、水庫(kù)及其它密度比較穩(wěn)定的天然水體中，無(wú)需建造水位測(cè)井，實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量和存貯記錄。:月任 (VVO)XG+Eo()其中H代表水位高度，V表示測(cè)量電壓，V0表示標(biāo)定電壓初值，G表示率定系數(shù)，E0表示調(diào)整參數(shù)。(2)超聲波液位儀超聲波液位儀是一種把聲學(xué)和電子技術(shù)相結(jié)合的水位測(cè)量?jī)x器。聲波是機(jī)械波，其頻率在20一20000Hz范圍內(nèi)。更低頻率的聲波叫做次聲波。超聲波液位儀通過(guò)超聲換能器，將具有一定頻率、功能和寬度的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻率的聲脈沖波，定向朝水面發(fā)射。這組發(fā)射與接收脈沖經(jīng)專門電路放大處理后，可形成一組與聲波傳播時(shí)間直接關(guān)聯(lián)的發(fā)、收信號(hào)，根據(jù)需要，經(jīng)后續(xù)處理可轉(zhuǎn)換成水位數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示或存貯。通過(guò)分析比較，本文選擇了重慶易兆公司生產(chǎn)的超聲波液位儀，它是一種非接觸式測(cè)量?jī)x器。通過(guò)上文的任務(wù)分析，本文確定了數(shù)據(jù)采集終端使用的處理器類型和傳感器類型，再考慮到之前介紹的無(wú)線通信模塊，故在數(shù)據(jù)采集電路板上設(shè)計(jì)了如下外圍電路: (1)AD采集由于本文采用的壓阻式水位計(jì)輸出信號(hào)為1一SV模擬量，所以本系統(tǒng)需要通過(guò)設(shè)計(jì)AD采集電路來(lái)讀取壓阻式水位計(jì)的輸出信號(hào)。由于水位傳感器的電壓測(cè)量不需要很高的精度同時(shí)也不需要很快的采集速度，因此本系統(tǒng)就使用149芯片內(nèi)置的AD采集單元。這樣一來(lái)，本文在充分利用己有芯片資源的前提下，以最低成本設(shè)計(jì)了AD采集部分電路。其中MSP43O處理器的串行口輸出的是TTL電平，而zigBee和cDMA模塊使用的是RSZ犯電平130]，超聲波液位儀使用的則是RS485電平。前者可以同時(shí)轉(zhuǎn)換2路RSZ犯電平信號(hào)，后者可以半雙工的轉(zhuǎn)換1路RS485電平信號(hào)。(3)顯示器接口為了調(diào)試方便以及根據(jù)用戶的需要顯示一些數(shù)據(jù)信息，本文為數(shù)據(jù)采集板也設(shè)計(jì)了外接顯示器接口。顯示器的設(shè)計(jì)，提高了數(shù)據(jù)采集電路板的擴(kuò)展能力。該芯片是一個(gè)運(yùn)行在3V電壓之下的低功耗日歷芯片，具有萬(wàn)年歷和定時(shí)報(bào)警等功能，同時(shí)本模塊還設(shè)計(jì)了外接3V鏗電池接口。，給出了數(shù)據(jù)采集電路板的完整原理圖。服務(wù)器主要運(yùn)行服務(wù)器端的數(shù)據(jù)采集軟件以及 SQLserver數(shù)據(jù)庫(kù)，并不需要很高的系統(tǒng)性能，但是需要考慮長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用了一臺(tái)帶有串行數(shù)據(jù)接口的運(yùn)行 Windows2000Server的PC機(jī)作為數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。這樣就大大方便了用戶，他們可以在任何地方實(shí)時(shí)地獲取最新水位數(shù)據(jù)。本章主要講述整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想，這其中既包括嵌入式操作系統(tǒng)的平臺(tái)移植，也包括具體應(yīng)用軟件的開發(fā)和通信協(xié)議的制定。當(dāng)監(jiān)測(cè)中心需要水位數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)向無(wú)線變送器發(fā)出水位采集命令，感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器無(wú)線變送器被“喚醒”。上電后，首先對(duì)MSP430F149的基礎(chǔ)時(shí)鐘、看門狗定時(shí)器、各應(yīng)用端口等片內(nèi)模塊寄存器和nRF905的工作頻率、工作模式等進(jìn)行設(shè)置，完成初始化工作后，系統(tǒng)進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，當(dāng)接到水位采集命令時(shí)，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)被“喚醒”，感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器開始采集水位數(shù)據(jù)，輸出模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)經(jīng)控制器進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)整理打包等處理后，由SPI接口輸出，無(wú)線射頻模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，然后等待確認(rèn)信息，如果一定時(shí)間內(nèi)沒有接到上位機(jī)的確認(rèn)信息，變送器將再次發(fā)送水位數(shù)據(jù)，接到確認(rèn)信息后進(jìn)入“休眠”狀態(tài)等待，當(dāng)再次接到上位機(jī)水位采集命令時(shí)，系統(tǒng)被再次“喚醒”，重復(fù)上述過(guò)程。變送器主程序流程圖如圖4一1所示