（计算机应用技术专业论文）电气工程师pda公式处理与资料查询设计与实现.pdf

摘要 摘要 电气工程技术人员经常会遇到各种电气信号的测量、计算、分析等问题，当 前解决这些问题离不开示波器、万用表、电气工程手册、计算器等。本课题试图 设计一个类似掌上电脑的电气技术人员使用的电气工程师p d a ，集万用表、示波 器、有电学资料在线查询和电学公式在线计算功能于一体。从而能够减轻电气工 程技术人员的劳动强度，提高检测装置的自动化水平和精度。 本文为该课题的一部分，主要研究公式处理、资料查询、语音导航等设计， 应用嵌入式系统的软硬件设计技术和数据处理技术。 硬件方面选用a r m 核$ 3 c 2 4 1 0 处理器，对存储器进行了n o r f l a s h 、 n a n d f l a s h 、s d r a m 扩展，设计了l c d 触摸屏驱动电路，i i s 接口电路，音 频放大电路等。 软件方面选用w m c e 操作系统，通过p l a t f o r mb u i l d e r 工具对w m c e 系统进 行定制，实现了b s p 导入和s d k 的创建，完成对w m c e 系统的移植；使用s q l s e r v e rc e 移动数据库进行大量数据的存储，完成了数据库的创建、连接，实 现了数据库访问机制。使用e v c 和s q ls e r v e rc e 相结合设计了电学公式计算 和电气资料查询功能，用户使用电学公式计算，可直接输入公式变量值进行计算， 也可先查询后计算，电学资料查询方面，通过模糊语言量词扩展查询和模糊语言 量词模糊查询，实现了对数据库的模糊查询，最后基于e v c 完成了语音导航功能 的软件设计。 本文整体上采用模块化设计，每个模块具有独立功能。通过设计研究证明， 电气工程师p d a 实现了良好的计算性能和准确的资料搜索功能，并实现了语音导 航，满足了电气工程师p d a 的特点，具有广阔的应用前景和实用价值，是电气工 程师的好伴侣。 图2 6 表4 参5 l 关键词：p d a ：w i n c ee v c a 0 ；s q ls e r v e rc e ；计算；查询 摘要 a b s 仃a c t t h ee l e c t r i c a le n g i n e e r i n gt e c h n i c a lp e r s o n n e lw i l lm e e te a c hk i n do fe l e c t r i c s i g n a lf r e q u e n t l yq u e s t i o n sa n ds oo ns u r v e y , c o m p u t a t i o n , a n a l y s i s ，c u r r e n tw i l ls o l v e t h e s ep r o b l e m sn o tt ob ea b l et ol e a v et h eo s c i l l o s c o p e ，t h ea v o n m e t e r , t h ee l e c t r i c a l e n g i n e e r i n gh a n d b o o k , t h ec a l c u l a t o ra n ds oo n t h i st o p i ca t t e m p t sp d a w h i c h d e s i g n so nas i m i l a rp a l mc o m p u t e r se l e c t r i c i t yt e c h n i c a lp e r s o n n e lt ou s e ，i t sm a y t h e c o l l e c t i o na v o n m e t e r , t h eo s c i l l o s c o p e ，h a v et h ee l e c t r i c i t ym a t e r i a lo n l i n ei n q u i r ya n d t h ee l e c t r i c i t yf o r m u l ao n l i n ec o m p u t a t i o nf u n c t i o ni nab o d yt h u sr e d u c e st h e e l e c t r i c a le n g i n e e r i n gt e c h n i c a lp e r s o n n e l sl a b o ri n t e n s i t y , e n h a n c e st h ed e t e c t o rs e t t h ea u t o m a t e dl e v e la n dt h ep r e c i s i o n t h i sa r t i c l ef o rt h i st o p i c sp a r t , m a i n l ys t u d i e sd e s i g n sa n ds oo nf o r m u l a m a n i p u l a t i o n , m a t e r i a li n q u i r y , p r o n u n c i a t i o ng u i d a n c e a p p l i e se m b e d d e ds y s t e m s s o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g nt e c h n i q u ea n dt h ed a t at e c h n o l o g y , b a s e do nt h ea r m c o r e ，t h ew m c eo p e r a t i n gs y s t e ma n dt h ea p p l i c a t i o np r o c e d u r er e a l i z e s t h eh a r d w a r ea s p e c ts e l e c t st h e $ 3 c 2 410p r o c e s s o r , c a r r i e do nn o r f l a s h ， n a n d f l a s h ，s d r a mt ot h em e m o r yt oe x p a n d ，h a sd e s i g n e dt h el c d t o u c h s c r c e n d r i v i n gc i r c u i t , t h ei i si n t e r f a c ec i r c u i t , t h ea u d i of r e q u e n c ya m p l i f i c a t i o ne l e c t r i c c i r c u i t t h es o f t w a r ea s p e c tt o o lc a r r i e do nt h r o u g hp l a t f o r mt h eb u i l d e rt ot h ew i n c e s y s t e mh a sc u s t o m m a d e ，r e a l i z e sb s p t oi n d u c tw i t ht h es d kf o u n d a t i o n , c o m p l e t e d t ot h ew i n c es y s t e m st r a n s p l a n t ；u s e ss q ls e r v e rt h ec em i g r a t i o nd a t a b a s et oc a l t y o nt h em a s sd a t at h em e m o r y , h a sc o m p l e t e dt h ed a t a b a s ef o u n d a t i o n , t h ec o n n e c t i o n , h a sr e a l i z e dt h ed a t a b a s ev i s i tm e c h a n i s m u s e de v ca n ds q ls e r v e rc eu n i f i e s h a sd e s i g n e dt h ee l e c t r i c i t yf o r m u l ac o m p u t a t i o na n dt h ee l e c t r i c a lm a t e r i a li n q u i r y f u n c t i o n ，t h eu s e ru s ee l e c t r i c i t yf o r m u l ac o m p u t a t i o n , b u tt h ed i r e c ti n p u tf o r m u l a v a r i a b l ev a l u ec a r r i e do nt h ec o m p u t a t i o n , a l s oa f t e rm i g h ti n q u i r ef i r s tc a l c u l a t e d ，t h e e l e c t r i c i t ym a t e r i a li n q u i r ya s p e c t , i n q u i r e df u z z i l yt h r o u g ht h ef u z z yl a n g u a g e c l a s s i f i e re x p a n s i o ni n q u i r ya n dt h ef u z z yl a n g u a g ec l a s s i f i e r , h a sr e a l i z e dt ot h e d a t a b a s ef u z z yi n q u i r y , f i n a l l y , h a sc o m p l e t e dt h ep r o n u n c i a t i o ng u i d a n c ef u n c t i o n s o f t w a r ed e s i g n 、 r i t he v c i nt h i sp a p e r , t h eo v e r a l lm o d u l a rd e s i g n , e a c hm o d u l eh a sa ni n d e p e n d e n t 摘要 f u n c t i o n t h r o u g ht h ed e s i g no fs t u d i e sh a v ep r o v e dt h a te l e c t r i c a le n g i n e e r sp d a c a l c u l a t i o n st oa c h i e v eag o o dp e r f o r m a n c ea n da c c u r a t ei n f o r m a t i o ns e a r c hf u n c t i o n , a n dt h ev o i c en a v i g a t i o n , p d am e e t st h ec h a r a c t e r i s t i c so fe l e c t r i c a le n g i n e e r , h a s b r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t sa n dp r a c t i c a lv a l u ei sag o o de l e c t r i c a le n g i n e e rp a r t n e r f i g 2 6t a b l e4r e f e r e n c e51 k e y w o r d s ：p d a ，w i n c e ；e v c 4 0 ，s q ls e r v e rc e , c o m p u t a t i o n , i n q u i r y 1 1 1 - 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞徼理王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名：蜀盟日期：逸华年一占月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞徽理王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位 论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：纡穆函 导师签名： 彰g o 签字日期：覃年二月，p 日 签字日期：亏年舌月f 步日 1 绪论 1 绪论 1 1电气工程师p d a 研究的意义 随着电子科学、光电技术、计算机的发展，以p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s r a n t ) 为代表的移动时代已经到来。具备通讯、日程安排、便签、个人信息管理等功能 的通用p d a 的出现，给人们带来了极大的便利。伴随着p d a 操作系统的更新， 存储能力、运算速度及数据交换能力的提高，出现了针对行业性的专业p d a , 并且 广泛应用与各个领域，例如证券交易，医疗监护，车辆管理等等。2 0 0 8 中国p d a 行业现状监测及发展趋势研究报告中指出，目前中国的p d a 无论在操作还是功能 尚都存在一定缺陷，要么是操作繁琐，要么是功能比较单一，在进行大规模项目 测量中，现有的p d a 很难在功能上体现完整性和性能上体现优良性i lj 。该课题研 究的电气工程师p d a 意义在于改变以往p d a 的所存在的某些不足之处，能够为 电气工程技术人员打造功能强大，使用方便，界面友好，能进行测量，显示，存 储，通讯，公式计算，资料查询等功能于一体的电子助手一电气工程师p d a 。 1 2p d a 国内外发展情况 熟悉p d a 历史的人一定还记得苹果的牛顿，1 9 9 3 年，a p p l e 公司推出了真正 意义的p d a - n e w t o n m a s s a g e ，它并不是一种功能简单化的p c ，而是完全按照p d a 功能概念设计的，它用于独立的o s 和应用程序，具有手写识别功能，可连接互 联网，但由于运行过程慢，体积过大，最终在4 年后停产。摆在p d a 面前的路有 两条，除了通用p d a 之外，还有专业p d a ，后者才是大多数p d a 研发者该走之 路。在恒基伟业等国内厂商陷入困境的时候，d e l l 这样的大厂商却宣布跨入p d a 市场的争夺。在行业解决方案中，p d a 将担起一个重要终端的作用。从一个独立 存在的“信息孤岛”，到现在可以通过无线技术成为网络的终端，p d a 终于剪断了 和p c 间的连线，可以像笔记本一样，成为一个可以独立使用的设备。正是因为 这种技术的进步，让p d a 得以走进行业，让各种解决方案得以实施，很多用户对 于专业p d a 非常渴望，但是现有的p d a 有不少缺陷。首先，专业p d a 和通用 p d a 之间有很大差距，不同行业对于p d a 的期望存在干差万别。不过其中最大 的问题，就是缺少行业专用的应用软件。很多行业用户在使用过p d a 之后，决定 不再使用，原因很简单，现在的p d a 无法满足需求，没有行业专用业务的适用软 件。对于高端p d a 尤其是专业p d a 来说，还是一个崭新的市场，发展前景刚刚 1 绪论 拉开，由于操作系统的汉化和本地化问题等问题难以解决，国外p d a 设备针对国 内专业领域的应用远远跟不上，而行业应用的拓展，将是p d a 攻城掠地的利器。 针对于此，本课题开展了电气工程师p d a 的研究，意在为电气工程技术人员工作 提供一个得力的电子助手。经过检索，本课题研究的内容目前尚未见报道，因此 具有广阔的市场和发展前景。 1 3 本课题及本文的主要内容 本课题研究的基于a r m 核微处理器及数据采集与处理和触摸屏l c d 显示电 路为硬件、移植g r m c e 操作系统并编制相应驱动程序和应用软件的电气工程师 p d a 是集万用表、示波器、常用电学公式计算、电气参数资料手册查询于一体的 多功能便携式电子测量仪器。它可以测量多种电参数，采用l c d 技术，同步的数 字显示和波形显示，更加直观准确，并且具有计算、通信联网和在线查询以及自 校正、自诊断等功能，是电气工程师的好伴侣。 本文研究的主要内容为电学公式计算，电学资料查询，语音导航等功能。具 备上述功能需要很大的数据存储空间，在硬件方面我们对存储器进行了相应扩展， 设计了l c d 触摸屏的相关驱动电路，i i s 接口输入输出及放大电路；选用w i n c e 操作系统，并对其进行了需求裁剪和移植，e v c 作为软件开发环境，用p l a t f o r m b u i l d e r 创建s d k ，完成对软件开发环境的支持；选用s q ls e r v e rc e 作为移动 数据库，完成对移动数据库的建立、访问机制，实现了模糊查询；在软件实现上， 选用多级菜单触控方式，做到了界面友好简洁，实现了语音导航系统的软件设计。 - 2 2 系统的主要特点和功能 2 系统的主要特点和功能 2 1电气工程师p d a 主要特点 本课题设计了一种通用性强、易携带，功能强大的电气工程师p d a 。该p d a 不仅可以满足现有电学公式的计算要求，同时也具备了相关电学资料的查询、语 音导航等功能，并提供了扩展接口。 通过对电气工程技术人员常用的手持终端在现场操作所遇到一些问题的分 析，一个实用的手持终端应具有以下一些特点： 1 ) 体积小，能耗低 对于用户而言，手持终端是要便于携带的设备。而由于手持终端多半是在现 场使用，有些工作环境下可能不会配有外接电源，这时，依靠终端本身的电池进 行工作，能耗控制显得尤为重要。 2 ) 控制方式功能多，使用简单 传统的手持设备通过按键进行控制操作，这样只能实现有限的、比较简单的 控制，而使用起来不一定简便。本课题采用了触摸屏控制方式，结合功能菜单选 择，给用户使用带来了极大的便捷性。 3 ) 用户界面友好，数据访问便捷容易 良好的用户界面可以让使用非常简洁方便，通过触控方式可以使用本系统提 供的全部功能，进行数据访问时更加轻松自由。 4 ) 数据存储量大 5 ) 用户软件开发性能良好 本电气工程师p d a 开发过程中选用了良好的开发环境，通用性强的接口，功 能强大的移动数据库。 2 2 系统的主要功能 本课题电气工程师p d a 具备功能如下： 1 ) 常用电物理量的检测 可以测量电阻、电容、电感、电压、电流、频率等，还可用于在线进行交流 电压电流瞬时值、真有效值、有功功率等电参数的综合测量。 2 ) 电信号的波形显示 包括所有被测物理量的数字显示和电压、电流、功率等波形显示。 3 2 系统的主要特点和功能 3 ) 常用电学公式计算，用户可直接将测量值通过p d a 上给出的公式计算。 4 ) 电学资料查询，用户可通过模糊查询查找所需资料。 5 ) 语音导航； 6 ) 历史数据操作； 7 ) 通信功能，支持网络通信，可以通过以太网浏览和下载资料。 本课题中电气工程师p d a 功能框架如图2 1 所示。 图2 - 1 电气工程师p d a 功能框架 f i g 2 1e l e c t r i c a le n g i n e e rp d a f u n c t i o nf r a m e 本文主要实现了电气工程师p d a 的功能如下： 1 ) 电学公式计算； 2 ) 相关电学资料查询； 3 ) 语音导航等功能。 图2 2 给出了本文所做主要功能的用户操作流程。上述功能均通过触摸 屏控制，采用多级菜单和对话框形式，通过对菜单的触控选择所需功能，并 能对计算或查询的结果进行相应处理，如存储、返回上级菜单、发声等。 2 系统的主要特点和功能 2 3 本章小结 图2 - 2 用户操作流程图 f i g 2 - 2u s e ro p e r a t i o nf l o w c h a n 本章讲述了课题电气工程师p d a 的特点及其功能，给出了系统的整体框架和 用户具体操作流程。 5 3 系统硬件设计 3 系统硬件设计 本课题硬件电路以嵌入式微处理器$ 3 c 2 4 1 0 为核心，配有相应的接口及驱动 电路，下面对其进行介绍。 3 1 嵌入式处理器$ 3 c 2 4 1 0 a r m 核微处理器广泛用于便携式产品、手持计算、多媒体和嵌入式解决方 案等领域，已成为r i s c 标准。a r m 核微处理器是系统中的引擎，它从存储器读 取a r m 或t h u m b 指令并执行这些指令。 目前，有多家著名的半导体公司都使用a r m 公司的授权，其中包括摩托罗 拉、m m 、i n t e l 、a t m e l 、s o n y 、n e c 、l g 以及中国大陆的中兴、华为、沈阳 自动化所等。 a r m 目前包括下面几个系列：a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 、a r m l 0 e 、s e c u r c o r e 、x s c a l e 、s t r o n ga r m 以及其它厂商基于a r m 体系结构的处理器，除了具 有a r m 体系结构的共同特点以外，每一个系列的a r m 核微处理器都有各自的 特点和应用领域。其中，a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 和a r m l 0 为4 个通用处理器 系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求； s e c u r c o r e 系列专门为安全要求较高的应用而设计；i n t e l 的x s c a l e 和s t r o n g a r m 也是应用非常广泛的嵌入式处理器系列。 本课题采用的$ 3 c 2 4 1 0 ，为s a m s u n g 公司基于a r m 9 2 0 t 内核的一款3 2 位r i s c 嵌入式微处理器，运行频率高达2 0 3 m h z ，具有m m u 和高速缓存等丰 富片上资源，主要面向手持式设备以及高性价比、低功耗的应用。 a r m 9 2 0 t 核由a r m 9 t d m i 、存储管理单元m m u 和高速缓存三部分组成。 其中，m m u 可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的1 6 k b 地址和1 6 k b 数据高 速c a c h e 组成。灿洲9 2 0 t 有两个内部协处理器：c p l 4 和c p l 5 。c p l 4 用于调试 控制，c p l 5 用于存储系统控制以及测试控制1 4 1 。 $ 3 c 2 4 1 0 片上集成的功能主要包括以下几个方面： 1 ) a r m 内核，存储器，外部i o ，具有1 6 k b 指令缓存1 6 k b 数据缓存和m m u 的微处理器； 2 ) 外部存储控* i - 器( s d r a m 控制和片选逻辑) ； 3 ) l c d 控制器( 支持上到4 k 色的s t n 和2 5 6 k 色的t f d ，i 通道l c d 专用 d m a ； 6 3 系统硬件设计 4 ) 具有外部请求引脚的4 通道d m a ； 5 ) 3 通道u a r t , 2 通道s p i ； 6 ) l 通道i i c 总线控制器，l 通道i i s 总线控制器； 7 ) 1 0 版本的s d 主机接口和兼容的2 1 1 版本的m u l t i m e d i a 卡协议； 8 ) 2 端口u s b 主机，1 端口u s b 设备； 9 ) 4 通道p w m 定时器，1 通道内部定时器； 1 0 ) 看门狗电路： 1 1 ) 1 1 7 个通用i ov 1 ，2 4 通道外部中断源； 1 2 ) 电源控制：常规、缓慢、空闲和断电模式； 1 3 ) 8 通道1 0 位a d c 和触摸屏接v i ； 1 4 ) 具有日历功能的实时时钟r t c ； 1 5 ) 具有锁相环的片上时钟发生器。 本系统使用$ 3 c 2 4 1 0 微处理器并扩展相应接口，完成p d a 功能。其硬件结 构如图3 1 所示。 图3 - 1 电气工程师p d a 硬件结构 f i g 3 1e l e c t r i c a le n g i n e e rp d a h a r d w a r ea r c h i t e c t u r e 3 2 存储器扩展设计 鉴于本课题在数据采集、波形显示、存储，系统启动代码等需要很大存储空 间，又配用w i nc e 5 0 操作系统( 裁剪之后) ，外加数据库以及库内数据的存储等， 所需存储空间大，因此需对存储器进行相应的扩展。 7 3 系统硬件设计 3 2 1 n o i 心l 嬲h 扩展 本系统扩展n o r f l a s h , n o r f l a s h 带有通用的s r a m 接口，可以轻松地挂接 在c p u 的地址、数据总线上，对c p u 的接口要求低。有足够的地址引脚寻址， 可以很容易地存取其内部每一个字节，进行写入操作之前必须先执行擦除，读取 速度较快，其特点是芯片内执行( x l p , e x e c u t ei np l a c e ) ，这样应用程序可以直接在 f l a s h 闪存内运行，不必再把代码读到系统r a m 中。因此常把n o r f l a s h 用于程 序代码存储，引导系统启动。 l d d r ：ll ；j 叶 b u s c o n l d d r l 2 5 l j k d d r 22 2 3 2 2 l d d r 3 l j k d d r 4 l j 心 l d d d l a d d r 9 l d d r l 0 l d d r j l l d d r l 2 l d d r 】3 l d d i u 4 l d d r u l a d d r l 6 l d d r l 7 l d d r l 8 l d d r l 9 l d d r 2 0 l a d d r 2 l l a d d k 2 2 n c c s 0笛 篇 l l i n 0 e 一：一；：- j 一一， 。 +一一口 c e 0 e w e d q 0 d q i d q 2 d q 3 d q 4 d q 5 d q 6 d q 7 d q * d q 9 d q l 0 d q h d q l 2 d q l 3 d q l 4 d q l 5 n c n c n 聊 硼d 砖5 砖s 2 9 3 l 3 3 3 5 l d t 0 l d a l 1 l da t 2 l d a m i l d _ r 8 l d t 9 l d 工 1 0 l d 工a 1 1 ( 面l d a t a l 3 1 ：0 i - , - 一一一l 7 ：+ 。 一二* 。t * 一。一，十一0 女“。4 “一。“ 。，。：。；，。l ；二_ _ 一二一： 一“。一一- 十一一：一4 一一s ，i j 。一。：一l 面d 3 3 图3 - 2n o r f l a s h 电路原理 f i g 3 - 2n o r f i a s hc i r c u i t r y 系统扩展了l 片型号为s s t 3 9 v f l 6 0 1 的n o r f l a s h ，使用了s 3 c 2 4 1 0 的n g c s 0 片选信号，电路原理如图3 2 所示。为使s s t 3 9 v f l 6 0 1 启动引导系统，将其分配 到b a n k 0 存储块空间，即使用n g c s 0 片选信号。s s t 3 9 v f l 6 0 1 是1 6 位宽度的 存储器，即每进行一次读操作可取得2 字节数据，对于$ 3 c 2 4 1 0 来说相应于半字 对齐，操作地址最小变化值为o x 0 0 0 0 0 0 0 2 。因此将$ 3 c 2 4 1 0 的a d d r i 引脚与 s s t 3 9 v f l 6 0 1 的a 0 引脚连接，忽略$ 3 c 2 4 1 0 的a d d r 0 引脚，其它地址依次递 8 一 4 ， ；十；j 一如一强一弘一撕 柚儿舶站“=穹”船舶心三耄心“!呈!暑m心柚眦玳 。一，一。一，一一；一：一一拈一一坫一，一mb 3 系统硬件设计 增连接即可。图3 - 2 中l a d d r x 信号一一对应于$ 3 c 2 4 1 0 的地址总线a d d r x t 6 。 s s t 3 9 v f l 6 0 1 的n r s t 引脚与系统复位信号n r e s e t 相连接，当系统复位时， s s t 3 9 v f l 6 0 1 同时被复位，然后返回到默认的读模式状态。与s s t 3 9 v f l 6 0 1 的 n 聊引脚相连的是2 个电阻，分别为r 5 、r 6 ，这是2 选l 电阻，当允许写f l a s h 时选用r 5 ( 使n w p 为1 ) ，若要禁止写f l a s h 则选用r 6 ( 使i i 、v v p 为0 ) 。 3 2 2n a n d f l a s h 扩展 n a n d f l a s h 使用复杂的i o 口来串行地存取数据，8 个引脚用来传送控制、地 址和数据信息。n a n d f l a s h 中的坏块是随机分布的，每个好块的最大擦写次数是 一百万次左右，n a n d 器件执行擦除操作比较简单的，擦除n a n d 器件是以8 3 2 k b 的块进行，执行一个擦除写入操作最多需要4 m s ，读操作方面，n a n d f l a s h 相对n o r f l a s h 慢，n a n d f i a s h 读和写操作采用5 1 2 字节的块，因具有掉电保护 数据特性，常用来保护掉电后易失数据。 i n a n df l a s h 厂1 u7 。+ + ：6 ： 口一j 一1 “ 一 f卜1 n cn c i 哇 n cn c 4 7 、o j ， 、 j 一 n cn c 4 6 ， n cn c 4 5 。“i 6 n c7彳广l d a t a 7 r n b 7 n c6 4 3l d a t a 6 ： ” n f r e 占 刚bi ，0 5 4 2l d a t a 5 一t一p n f c e9 r e姗 4 1l d a t a 4 。一 一1 q c en c 4 0 v d d 3 3 l l n cn c 3 9 一 t 百一 n cn c 3 8v d d 3 3 。 1 3 v c cv c c i rt 。 *“，。 ， 4 ；u 一 v s sv s s 3 6 十上! n cn c 上 t e ”。一+ 夏 n cn c 3 4= + ! ：，、a l e 1 7 c l en c 3 3 ale03 3 2l d a t a 3 、n 吼1 8 3 1l d a t a 2 ” w ei ，0 2 3 0l d a t a i w p 1 2 9l d a t a 0 - it d d 3 3c ，一r 1 4 u 。k i n ci ，0 0 2 8 n cn c n cn c 2 7 n cn c 2 6 2 5 n cn c 图3 - 3n a n d f l a s h 电路原理 f i g 3 3n a n d f i a s hc i r c u i t 系统扩展了一片6 4 m b 的n a n d f l a s h ，芯片型号为k 9 f 1 2 0 8 u o b ，用于数据 存储。$ 3 c 2 4 1 0 与k 9 f 1 2 0 9 u o bn a n df l a s h 的连接如图3 3 所示。k 9 f 1 2 0 9 u o b 的i 0 0 i 0 7 引脚直接与$ 3 c 2 4 1 0 的数据总线d a t a 0 - d a t a 7 相连，通过数据总 9 3 系统硬件设计 线发送地址、命令和数据。 3 2 3s d r a m 扩展 s d r a m 使用内存随机读取技术，可以直接执行存储其中的程序，且数据存 取速度高，主要用于程序运行空间，数据，堆栈区。 二器器= f 蓁蓁 图3 4s d r a m 电路原理 f i g3 - 4s d r a m c i r c u i t 系统扩展了2 片s d r a m 型号为h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 ，作为外部数据存储宅问。使 用了$ 3 c 2 4 1 0 的n g c s 6 片选信号，电路原理如图3 _ 4 所示。使用2 片1 6 位总线 宽度的存储芯片柬组成3 2 位总线宽度，即u 4 与数据总线的低1 6 位相连，u 5 与 数据总线的高1 6 位相连。 2 片s d r a m 组成了3 2 位宽度的存储器，即每进行一次读操作可取得4 字节 数据，对于$ 3 c 2 4 1 0 来既相应于字对齐。操作地址最小的变化值为0 x 0 0 0 0 0 0 0 4 凼此将$ 3 c 2 4 1 0 的a d d r 2 引脚与h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 的a 0 引脚连接，忽略$ 3 c 2 4 1 0 的a d d r 0 、a d d r l 引脚，其他地址依次递增连接即可。未来能够正确访问 h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 高，低位字节数据，所以将$ 3 c 2 4 1 0 的n w s e x 信号与h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 的u d q m l d q m 相连。 h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 的b a 0 、b a l 引脚是s d r a m 内部b a n k 选择地址线，即 s d r a m 内存地址的晟高位。共有6 4 m b s d r a m ，需要2 6 根地址线( 2 ”一- 6 4 m b ) 来进行寻址，所以b a 0 、b a l 应连接到$ 3 c 2 4 1 0 的a d d r 2 4 、a d d r 2 5 引脚。 3 系统硬件设计 其他控制信号按照h y 5 6 v 6 5 1 6 2 0 的引脚功能一一对应连接，如 h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 的n s r a s 引脚与s 3 c 2 4 1 0 的n s r a s 连接。 3 2 4 复位电路 复位电路选用c a t l 0 2 5 j 1 3 0 芯片，其内置2 5 6 字节e 2 p r o m 存储器，1 2 c 总 线接口，使用了$ 3 c 2 4 1 0 芯片的1 2 c 总线接1 3 与其连接，供数据存储使用。 表3 1 给出了本文扩展存储器的芯片型号、地址等信息。 表3 - 1 系统扩展存储器总结 t a b l e3 - 1o nt h en u c l e a rg o r et h em e m o d rs u m m a r i z e s 存储器类别芯片型号地址备注 n o rf l a s hs s t 3 9 v f l 6 0 10 x 0 0 0 0 0 0 0 m 加1 ) 【0 01f f f f fo m i ：0 = 0 1 b 时 s d r a mh y 5 7 v 6 5l6 2 0o x 3 0 0 0 0 0 0 0 、o x 3 3 f f f f f f2 片h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 n a n df l a s hk 9 f 12 0 8 u o b由n a n df l a s h 控制器操作 3 3l c d 触摸屏设计 3 3 1触摸屏 根据所用的介质以及工作原理，触摸屏可分为电阻式、电容式、红外线式和 表面声波式多种，本课题选用4 线电阻式触摸屏。电阻触摸屏的屏体部分是一块 与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面 鼍= - 图3 - 5 四线电阻触摸屏测量时的等效电路 f i g 3 5t i m ef o u rr e s i s t a n c et o u c h s e r e e ns u r v e ye q u i v a l e n tc i r c u i t 3 系统硬件设计 涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层， 它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小的透明隔离点 把它们隔开绝缘。 手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触， 因其中一面导电层接通y 轴方向的5 v 均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为 非零，控制器侦测到这个接通后，进行a d 转换，并将得到的电压值与5 v 相比 即可得触摸点的y 轴坐标，同理得出x 轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共 同的最基本原理【1 1 1 。 下面将结合本课题所选的触摸屏控制器来详细讲解整个触摸屏电路的工作及 测量过程。图3 5 是四线电阻触摸屏测量时的等效电路。 测量时分为以下3 个步骤： ( 1 ) 在触摸屏没有被按下的时候，触摸屏的x 轴和y 轴不会接触在一起，此 时这个电路处在“p e nd o w nd e t e c t ”状态。s l 、s 2 、s 4 断开，s 3 、s 5 闭合。x + x - 的整个轴上的电压均为0 v ( g n d ) ，y - 端悬空，y + 端由于有上拉电阻r l 的存在 而呈现高电平。当“p e nd o w n ”后，x 轴和y 轴受挤压而接触导通后，y 轴上的电 压由于连通到x 轴接地而变为低电平，此低电平可做为中断触发信号来通知c p u 发生“p e nd o w n 事件。 ( 2 ) 检测到“p e nd o w n ”事件后，c p u 立刻进入x 轴坐标测量状态：s 1 、s 3 闭合，s 2 、s 4 、s 5 断开( y + 、v 两断悬空) 。由于x 轴和y 轴在接触点按下而 连通，因此y + 端的xa d c 可以认为是x 轴的分压采样点( 通过测量xa d c 的电压可以得到x + n 接触点，以及x 一到接触点的比例) ，从而计算出x 轴的坐 标。 ( 3 ) 采样完x 轴的坐标后，s 1 、s 3 、s 5 断开，s 2 、s 4 闭合，同样原理，我 们可以进一步得到y 轴的坐标。 3 3 2 $ 3 c 2 4 1 0 液晶屏及触摸屏驱动电路 $ 3 c 2 4 1 0 内置1 个8 信道的1 0 b i t 模数转换器( a d c ) ，该a d c 能以5 0 0 k s p s 的采样资料将外部的模拟信号转换为1 0 b i t 分辨率的数字量。同时a d c 部分能与 c p u 的触摸屏控制器协同工作，完成对触摸屏绝对地址的测量 z 2 】。 $ 3 c 2 4 1 0 内置液晶控制器，可支持晟大2 5 6 k 色t f t 彩屏和4 k 色s t n 彩屏， 要使s 3 c 2 4 1 0 的l c d 控制器可以正确有效地控制t f t - l c d ，需设计两者之间的 硬件驱动电路，将s 3 c 2 4 1 0 的l c d 控制器和t f t - l c d 结合起来构成嵌入式液晶 1 2 显示系统。电气工程师p d a 扩展t f t 与$ 3 c 2 4 1 0 电路连接如图3 - 6 所示。由于 液晶屏使用了冷阴极背光灯管( c c f l ) ，需要高压电流供电，因此设计了c c f l 驱动电路，如图3 7 所示。 j l q 0 9 0 v 3 d g 0 1 图3 石t f t 彩屏驱动电路 f i g 3 _ 6t f tc o l o r e dt a b l e td r i v i n gc i r c u i t 图3 7 液品屏背光灯管驱动电路 f i g 3 - 7l i q u i dc r y s t a lb o xb a c kl i g h tt u b ed r i v i n gc i r c u i t 本课题所选用四线电阻式触摸屏，用与检测屏幕触摸输入信号，提高人机交 互的友好性。在使用触摸屏时，用一套切换控制及a d c 转换电路来切换触摸屏 1 3 。 3 系统硬件设计 的x 、y 轴输入并进行a d 转换，图3 8 为a d c 及触摸屏控制器部分的逻辑示意 图。触摸屏驱动设计电路如图3 - 9 所示。直接使用了$ 3 c 2 4 1 0 内置的触摸屏接e l 和a d 进行采样，u 4 9 ，u 4 0 是双m o s 管，最右端连接插座。 图3 - 8a d c 及触摸屏控制器部分逻辑不恿图 f i g 3 8a d c a n dt o u e h s c r e e nc o n t r o l l e rp a r t i a ll o g i cs c h e m a t i cd r a w i n g ( 1 ) a d c 及触摸屏控制器的工作模式【l 驯： a d c 普通转换模式( n o r m a lc o n v e