基于ARM7的电压监测报警系统

1、嵌入式系统设计导论课程设计 题目： 基于ARM7的电压监测报警系统 学院 班 级 学 号 姓 名 二一三年四月基于ARM7的电压监测报警系统 摘 要本系统采用LPC2138系列的ARM硬件、WS-1型电位器、液晶屏LM016L 、按键、蜂鸣器、虚拟终端和上位机等组成，系统可实现在液晶屏实时显示电压的功能，并将电压数据串口通信传递给上位机，通过按键可调节阈值电压，系统除基本数字电压表功能外，还具有电压超限时声光报警等功能。在设计中我们应用具有丰富的硬件资源的ARM7开发板。本设计采用电位器实现对电压信号的采集，利用LPC2138内部的ADC模块将转换后的电压传送给LCD液晶显示，虚拟终端再将数据

2、传递给上位机，同时按键可调节阈值电压，当当前电压超过阈值电压时，报警通过蜂鸣器鸣叫和LED灯亮来提示。本文详细介绍了AD采样、与PC机的串口通信、液晶屏显示等部分，具有较强的实用性和推广性。 关键词：LPC2138；上位机；LM016L液晶屏；电压超限报警；一、设计目的1. 通过本课程设计，熟悉嵌入式系统开发方法和流程。2. 能结合课堂所学自主设计实现一个简单的监测报警系统。3. 进一步学会应用定时器、A/D、显示等模块功能二、设计要求1. 能利用学过的A/D转换、定时器、按键等模块，实现温度（可用DS18B20 传感器）或电压（可用滑动电阻）的检测、显示、阈值设置，以及超过阈值能声光报警。2

3、. 将温度/电压数据通过串行通信（UART）发送到PC上位机显示，由上位机可显示实时监测数据、历史曲线，并可发送控制命令给ARM实现报警或关闭加热源/电源。注：上位机软件程序可用VB、VC+做界面，也可简单地通过“串口调试软件”显示。三、系统总体方案3.1总体方案设计 利用ARM7控制芯片、LCD液晶屏、LED、电位器、虚拟终端等分别实现；（1）通过电位器的移动来调节应采集的电压信号的大小；（2）通过液晶显示当前电压值和阈值及其大小关系；（3）通过蜂鸣器和LED灯实现超限报警；（4）虚拟终端将实时电压显示出来，并通过串口物理端口将数据传递给上位 机。图1 设计方案总体框图系统初始化后，通过调节

4、电位器来调节采集电压信号的大小，通过LCD上显示当前电压值和阈值 ，通过按键实现电压阈值设定，如果采集的电压值超过设定的阈值电压，蜂鸣器会鸣叫且LED等亮提示电压超限，起到报警的作用。3.2 ARM7 LPC2138 EasyARM2131 开发板是广州周立功公司设计的 EasyARM 系列开发套件之一，采用 了 PHILIPS 公司基于 ARM7TDMI-S 核、单电源供电、LQFP64 封装的 LPC2131，具有 JTAG 仿真调试、ISP 编程等功能。开发板上提供了一些键盘、LED、蜂鸣器等常用功能部件，还具有RS232 接口电路、 I2C存储器电路。另外，用户也可以更换兼容的CPU进

5、行仿真调试，如LPC2132、LPC2138、 LPC2142 等。灵活的跳线组合（开发板内使用的所有I/O均可断开连接），还有用户I/O接 口，极大地方便了用户进行 32 位ARM嵌入式系统的开发实验。EasyARM2131 实验板功能特点：* 完全自主设计的软硬件、拥有自主版权的 JTAG 仿真技术；* 支持 ADS1.2 集成开发环境及其 PHILIPS 所有型号 ARM 微控制器的仿真与开发；* 采用“主板CPU PACK 适配器SD 卡适配器（标准配置）多种可选配置适配器”* 的 形 式构成 EasyARM2131 开发 套 件，标 准 配置的 CPU PACK 主 芯片为 LPC2

6、131FBD；* 板上的功能部件与 CPU 之间，可以使用跳线器选择连接；* 全面支持 9 种型号的 64 PIN 小管脚 ARM7 微控制器：LPC213x（LPC2131/2132/2134/2136/2138）内置 USB 接口的 LPC214x(LPC2142/2144/2146/2148)* 多种免费商业化软件包及其详细的开发文档：* 移植C/OSII到ARM7 软件包四、硬件设计 4.1 AD采样模块设计左图为电压信号调节电路，如图所示，电源电压Vcc=3.3V,故测量范围为（03.3V），电位器RV2=1K,信号采集端接到ARM7芯片P0.27口，通过调节电位器改变采集P0.2口

7、的电压值，送至芯片内部AIN0（AD转换器）进行A/D转换。A/D没有独立的参考电压引脚，A/D的参考电压与供电电压连接在一起即3.3V，假定从ADDR寄存器中读取到的10位A/D转换结果为VALUE，则对应的时间电压为： 图2 信号采集电路图4.2 LCD液晶屏显示设计LCD液晶屏显示电路如图4-2所示。该液晶可实现显示当前电压值和信号显示时间，具体控制和实现方法如下：（1） ARM7的P1.16-P1.23口连接液晶屏的DBO-DB7，控制对液晶屏并行数据 读和写；（2）ARM7的P1.24口连接液晶屏的RS口，控制并行的指令/数据选择信号；（3）ARM7的P1.25口连接液晶屏的R/W口

8、，控制并行的读写选择信号；（4）ARM7的P1.26口连接液晶屏的EN口，控制并行的使能信号；图3 LCD液晶屏电路图4.2.1 LCD内部的11条指令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DD

9、RAM读数11读出的数据内容 表1 LCD内部指令表指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平左移，低电平右移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线

10、，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。 液晶显示部分的程序可根据上表进行编写，本文中如果电压超过设定值w,则显示屏上显示当前电压且大于设定电压，否则，显示当前电压且小于设定电压，清晰的看出当前电压情况。4.3按键调节电路 按键SWI和按键SWI1分别接到芯片的P0.26、P0.30口，当按键SW

11、I按下时，P0.26口的变为低电压，当程序检测到IO0PIN的改变，阈值电压w=w+200； 同理，当按键SWI1按下时，阈值电压w=w-200； 同时液晶屏上会显示此时电压>阈值电压，或此时电压<阈值电压，液晶屏会同步更新阈值电压，虚拟终端和上位机也会实时显示当前电压值。 图4 按键调节电路图4.4 蜂鸣器和LED报警电路 LED灯和蜂鸣器电路分别接芯片的P1.28和P1.29口，当经过AD转换的电压u超出设定的阈值电压w时，程序拉高了ARM芯片的P1.28、P1.29口，使NPN管导通，蜂鸣器开始鸣叫，LED灯亮报警，同理如果电压值低于阀值电压，NPN管截止，则蜂鸣器不鸣叫。

12、图5 蜂鸣器电路图4.5 串口通信（UART）电路 串口通信电路如下图，串口物理端口（COMPIM）的RXD接芯片的P0.1口，TXD接芯片的P0.0口,即UART0口，电压信息可实时显示在虚拟终端上，且可通过VSPD将虚拟终端与串口调试软件连接起来，将信息显示在串口调试软件上。图6 串口通信电路五、系统的软件设计5.1系统主流程图图5-1为系统主流程图，主流程图具体介绍如下:（1） 系统初始化包括对AD转换模块进行初始化、液晶屏初始化，串口通信 初始化、设定GPIO、 设定电压阈值W等；（2） ADC模块电压转换，转换之后显示当前检测到的电压并赋值给U，同时 串口通信传递给串口调试软件； (

13、3) 检测按键1是否按下，如果按下，则阈值电压w增加200，同理，如 果按键2按下，则阈值电压减小200；（4）将检测到的电压值U与电压阈值W进行比较，如果U>W,则蜂鸣器鸣叫 报警，否则蜂鸣器不鸣叫。（5）循环执行（2）（4）。图7 系统主流程图5.2液晶显示功能模块图5-2 为液晶显示功能模块流程图； 图8 液晶显示功能模块流程图5.2.1 1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关

14、闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置5.3 串口通信模块串口通信模块的流程图如下：图9 串口通信流程图5.3.1 串口通信的基本步骤（1） 选择串口UART0；（2） 设置UART0的工作模式为：8位字符长度，1个停止位，无奇偶校验，使能除数锁存寄存器（3） 确定除数锁存寄存器高8位和低8位的数据；（4） 串口通信还需锁相环（PLL）来实现输出信号频率对输入信号频率的跟踪，PLL主要由下面这3个寄存器来控制状态： PLLCON寄存器：控制PLL是否进行连接，这个连接需要在向PLLFEED发送正确的信息（馈送序列）的时候才生效，且PLLCON必须在

15、PLL开始连接之前就设置好，否则会造成系统不可预知的错误。 PLLCFG寄存器：这个寄存器是用来设置倍频系数M和分频系数N的，这两个值决定了倍频和分频的频率。 PLLFEED:向此寄存器以连续的VPB总线周期写入0xAA,Ox55,即馈送序列，在正确的序列被写入PLLFEED之后，PLLCON,PLLCFG才生效，PLL电路才能正确的连接到电路中。（5）UART0查询方式发送字节数据。5.4 AD转换模块AD转换模块的流程图如下：图10 AD转换流程图 使用ADC模块时，先要将测量通道引脚设置为AINx功能，然后通过ADCR寄存器设置ADC的工作模式、ADC转换通道、CLKDIV时钟分频值，并

16、启动ADC转换。可以通过查询或中断的方式等待ADC转换完毕，转换数据保存在ADDR寄存器中。6、 设计结果演示图 10 系统总体仿真图由图可看出当前电压和阈值电压，也可直接通过LED灯看出电压是否超过阈值，按键的按下能及时反映在液晶屏上阈值大小的变化。图11 虚拟终端的电压显示图图12 串口调试软件接收数据图七、设计体会回顾此次ARM课程设计，我感触颇多，最深刻的体会是：事情只有做了那你才能知道是什么结果，开始觉得程序很难懂，每次编都有好多错误，很多垂头丧气的时候都想要放弃，可是最终都放下情绪坚持了下来，因为我坚信：付出终会有收获，同时也懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够

17、的，只有把所学的理论知识与实际编程相结合起来，才能充分运用和体会所学知识。我在设计中遇到了许多问题，同时也发现了自己的不足之处，比如：不够耐心，部分程序思路不清等，在今后的学习中我会慢慢改正。最后，很感激老师的指导，我会继续努力的！附：系统总程序#include<LPC21XX.h>#include<stdio.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define uint8 unsigned char#define uint32 unsigned int#define uint16 unsigned

18、 int#define Fpclk 11059200 /晶振频率#define UART_BPS 9600#define LED (1<<28)#define BEE (1<<29)#define SWI (1<<30)#define SWI1 (1<<26)#define rs (1<<24) #define rw (1<<25) #define en (1<<26)uint32 ADC_data,u,i,w;uchar *q; char str20;char dis5;void delay(unsigned

19、 int a) /延迟函数while(-a!=0)for(i=0;i<500;i+);void UART0_Ini(void) /初始化串口0uint16 Fdiv;U0LCR=0x83;Fdiv=(Fpclk/16)/UART_BPS;U0DLM=Fdiv/256;U0DLL=Fdiv%256;U0LCR=0x03;void lcd_init(void) /液晶屏初始化IO1CLR=IO1CLR|rs; IO1CLR=IO1CLR|rw; IO1CLR=IO1CLR|0x00ff0000; /D1D7 先清零 IO1SET=IO1SET|0x00380000; /再送数（置功能双行显示

20、） IO1SET=IO1SET|en; IO1CLR=IO1CLR|en;delay(5);IO1CLR=IO1CLR|rs; /全部清零 IO1CLR=IO1CLR|rw; IO1CLR=IO1CLR|0x00ff0000; /先清零 IO1SET=IO1SET|0x00060000; /再送数 （置输入模式）IO1SET=IO1SET|en; IO1CLR=IO1CLR|en;delay(5);IO1CLR=IO1CLR|rs; /全部清零 IO1CLR=IO1CLR|rw; IO1CLR=IO1CLR|0x00ff0000; /先清零 IO1SET=IO1SET|0x000c0000;

21、/再送数 （显示开关控制）IO1SET=IO1SET|en; IO1CLR=IO1CLR|en;delay(5);void lcd_printf(char *s,long temp_data) /液晶屏显示if(temp_data<0)temp_data=-temp_data; *s='-'else *s=' '*+s =temp_data/1000+0x30; *+s =temp_data%1000/100+0x30; temp_data=temp_data%100; /取余运算 *+s =temp_data/10+0x30; temp_data=tem

22、p_data%10; /取余运算 *+s =temp_data+0x30; void Add(long dat) dat=dat<<16;delay(5); IO1CLR=IO1CLR|rs; /全部清零 IO1CLR=IO1CLR|rw; IO1CLR=IO1CLR|0x00ff0000; /先清零 IO1SET=IO1SET|dat; /再送数 （DDRAM地址设置）IO1SET=IO1SET|en; IO1CLR=IO1CLR|en;void WrDat(long dat) dat=dat<<16;delay(5); IO1SET=IO1SET|rs; IO1CL

23、R=IO1CLR|rw; IO1CLR=IO1CLR|0x00ff0000; /先清零 IO1SET=IO1SET|dat; /再送数 （置功能）IO1SET=IO1SET|en; IO1CLR=IO1CLR|en; void UART0_SendByte(uint8 data) /向串口发送字节数据，并等待数据发送完毕 U0THR=data; while(U0LSR&0x40)=0);void UART0_SendStr(uint8 const*str) /向串口发送字符串 while(1) if(*str='0')break; UART0_SendByte(*str

24、+);void adcwork() /读取AD转换结果 while(ADDR&0x800000000=0); /等待转换结束ADC_data=ADDR;ADC_data=(ADC_data>>6)&0x3ff; /处理转换值u=(long)ADC_data*3300/1024; /得到实际电压if(IO0PIN&SWI)=0) /阈值调节w=w+200;if(IO0PIN&SWI1)=0)w=w-200; if(u>w)/报警显示IO1SET=IO1SET|LED; IO1SET=IO1SET|BEE;Add(0x89); WrDat(62);

25、Add(0x8a); WrDat(119);elseIO1CLR=IO1CLR|LED; IO1CLR=IO1CLR|BEE;Add(0x89); WrDat(60);Add(0x8a); WrDat(119);delay(100);Add(0x83);WrDat(u/1000+0x30); Add(0x84);WrDat(u%1000/100+0x30);Add(0x85);WrDat(u%1000%100/10+0x30);Add(0x86);WrDat(u%1000%100%10+0x30); Add(0x87);WrDat(109); Add(0x88);WrDat(86);Add(0x8b); WrDat(0x3d);Add(0x8c);WrDat(w/1000+0x30);Add(0x8d);WrDat(w%1000/100+0x30);Add(0x8e);WrDat(w%1000%100/10+0x30);Add(0x8f);WrDat(w%