基于ARM的温湿度采集系统

1、编编 号号2 2期期末末大大作作业业题目：题目：基于 ARM 的温湿度采集系统 物联网工程 学院 计算机科学与技术 专业学 号 0304100222 学生姓名 仲其龙 指导教师 陈志国 二一三年五月摘要摘摘 要要课题是基于 S3C44B0 x ARM 微处理器为核心，采用 LCD 液晶显示，设计空气中的温温度和湿度数据采集显示系统。设计的过程主要包括硬件设计和软件设计，其中软件设计为 C 语言设计。系统的主要功能是从空气中采集数据，通过 A/D 转换器，转换为数字信号，并通过 LCD 液晶显示屏显示。实现了智能化的温度数据采集、传输、处理与显示功能。关键词：ARM；S3C44B0 x；嵌入式系

2、统；数据采集 目录目目 录录摘 要 .I目 录 .I第 1 章 概述 .11.1 实验目的及要求 .11.2 实验内容 .1第 2 章 设计原理 .22.1 硬件系统总体设计 .22.2 LCD 液晶显示设计 .22.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介绍 .22.2.2 显示控制 .32.2.3 电路设计 .32.3 A/D 转换设计 .42.3.1 采样保持接口 .42.3.2 分压电路 .42.4 电源电路设计 .52.5 温度采集电路设计 .6第 3 章 设计步骤 .73.1 软件设计 .73.2 关键代码 .8第 4 章 实验结果及结果分析 .124.1 实验结果 .124.2

3、 实验结果分析 .12第 5 章 小结 .12参考文献 .13嵌入式系统期末大作业0第第 1 章章 概述概述1.1 实验目的及要求实验目的及要求目前嵌入式系统的研究和应用中，ARM 芯片的使用越来越广泛。本课程的目的是了解嵌入式系统基础理论的前提下，掌握一些常用的 ARM 处理器相关的汇编语言和 C 语言程序设计方法，熟悉基于 S3C44B0X 芯片的硬件接口设计方法，学会使用 ARM 集成开发环境，从而了解嵌入式系统的软硬件设计过程，为今后从事相关领域的应用和研究打好基础。通过大作业期望可以实现如下目的：一、掌握一种 ARM 的开发工具使用方法；二、掌握 S3C44B0X ARM 处理器的原

4、理和接口设计方法；三、掌握 ARM 的 C 语言和汇编语言编程方法；四、培养选用参考书、查阅技术手册及相关参考文献的能力；五、培养独立思考、分析问题和解决问题的能力；六、培养严肃认真的学习风气和良好的沟通协作能力。1.2 实验内容实验内容题目题目：基于 ARM 的温湿度显示系统具体要求：具体要求：1以 S3C44B0X 的 ARM 处理器为核心，选择合适的元器件，设计一个空气中的温度和湿度 的显示系统；2温度传感器和湿度传感器的类型不限，要求温度测量范围为-20+60，湿度测量范围 为 10%90%；3温度和湿度的显示，可以采用八段数码管或 LCD 液晶屏的形式；4要求给出 S3C44B0X

5、和主要装置的硬件连接电路图（原理图） ；5要求编写相关的温湿度采集和显示程序，并给出合理的程序注释。本科生毕业论文（设计）题目1 1第第 2 章章 设计原理设计原理2.1 硬件系统总体设计硬件系统总体设计在本系统的设计过程中，根据嵌入式系统的基本设计思想，系统采用了模块化的设计方法；并且根据系统的功能要求和技术指标，系统遵循自上而下、由大到小、由粗到细的设计思想；按照系统的功能层次，在设计中把硬件和软件分成若干功能模块分别设计和调试，然后全部连接起来统调。 本设计的基于ARM 的嵌入式数据采集和显示装置的原理框图如图1所示。由图可见，本系统采用“电源部分ARM 核心控制模块温度采集模块”实现所

6、需功能。下面分别对各部分的工作原理做简要的说明： 多路温度传感器协控制器RS-232电源电路ARM处理器LCD显示键盘Flash ROM存储器SDRAM存储器图1为了实现系统所要求的功能和指标，并考虑到系统的可扩展性和延伸性，本系统采用主从CPU协同工作，实现了数据的实时采集、传输与显示，具有处理速度快、精度高、人机交互界面友好、稳定性高、扩展性好等优点。 2.2 LCD 液晶显示设计液晶显示设计2.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介绍控制器介绍S3C44B0X 处理器集成 LCD 控制器，支持 4 位单扫描、4 位双扫描和 8 位单扫描工作方式。处理器使用内部 RAM 区作为显示缓存

7、，并支持屏幕水平和垂直滚动显示。数据的传送采用 DMA（直接内存访问）方式，以达到最小的延迟。根据实际硬件水平和垂直像素点数、传送数据位数、时间线和帧速率方式等进行编程以支持多种类型的液晶屏。可以支持的液晶类型有：嵌入式系统期末大作业2- 单色液晶- 4 级或 16 级灰度屏（基于时间抖动算法或帧速率控制-FRC）- 256 色彩色液晶（STN 液晶）2.2.2 显示控制显示控制LCD 控制器主要提供液晶屏显示数据的传送、时钟和各种信号的产生与控制功能。S3C44B0X处理器的LCD控制器主要部分框图如图2所示：寄存器控制数据控制DMA传送控制信号产生电路323232System BusVCL

8、KVD3：0VMVFRAMEVLNEVD7：3图2 LCD控制框图2.2.3 电路设计电路设计进行液晶屏控制电路设计时必须提供电源驱动、偏压驱动以及LCD 显示控制器。由于S3C44B0X处理器本身自带LCD 控制器，而且可以驱动实验板所选用的液晶屏，所以控制电路的设计可以省去显示控制电路，只需进行电源驱动和偏压驱动的电路设计即可。图 3 液晶显示电路本科生毕业论文（设计）题目3 32.3 A/D 转换设计转换设计2.3.1 采样保持接口采样保持接口在S3C44B0X中A/D模块有8 个模拟输入通道，通道的切换可以由内部的定时器完成。如果要进行8个通道连续变化的信号的转换，还必须在8个通道全部

9、加采样保持器,采样保持的接口电路如下图。模拟输入信号为需要转换的信号，驱动控制信号可以通过编程利用ARM里面的timer产生，也可以通过I/O 口来控制，输出信号直接接到A/D模块中的输入通道。 图4 采样保持接口2.3.2 分压电路分压电路分压电路比较简单，为了保证电压转换时是稳定的，可以直接调节可变电阻得到稳定的电压值。嵌入式系统期末大作业4图 5 分压电路2.4 电源电路设计电源电路设计本系统的电源电路由两部分组成：系统总电源电路和RAM核心模块电源电路。如图：+12V恒定直流电源经电容滤波，分别进入7809和7805稳压，得到+9V和+5V的稳定电压输出后分别供给ARM核心控制模块和其

10、余电路部分使用。图中IN4148是为了防止输出端并接高于本稳压模块的输出电压而烧坏7809和7805而特别设计，达到了可靠性电源设计目的。另外，由于系统正常工作电流较大，因此使用时均应在7809和7805上加散热片散热。 由图可见，系统采用双电源供电，提供了系统正常工作所需的电源电压。另外，由于考虑到便携目的，本系统采用+12V铅蓄电池提供系统所需的恒定直流电源。 本科生毕业论文（设计）题目5 5图6 电源电路2.5 温度采集电路设计温度采集电路设计温度采集模块电路如图。考虑到系统成本因素，此处采用AT89S52单片机作为模块的协控制器。对于温度传感器的选用DS18B20，因为DS18B20是

11、Dallas公司最新单总线数字温度传感器，该传感器集温度变换、A/D转换于同一芯片，输出直接为数字信号，大大提高了电路的效率。由于现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，且提高了CPU的效率。图4中AT89S52单片机的P0 口与8路温度传感器相连，用于采集温度数据；另外，模块提供RS-232串行口与RAM核心控制模块通信，达到数据传输的目的。 图 7 温度采集电路嵌入式系统期末大作业6第第 3 章章 设计步骤设计步骤3.1 软件设计软件设计本温度数据采集与显示装置的主体由S3C44B0 x核心控制模块和温度数据采集模块构成，所以系统软件也是围绕这两个模块来编写的。

12、而又由于系统采用了 S3C44Box和AT89S52两个CPU协同工作，所以软件的编写需要对这两个CPU分别编写，以实现所要求的功能。 开始ARM初始化硬件装置初始化扫描键盘处理按键键盘初始化LCD显示初始化相应显示数据获取数据处理数据显示有键按下YN软件设计流程图由该流程图可看出，刚上电时，S3C44B0 x 要先进行 ARM 内部的初始化，以使 ARM 进入相应的状态和模式；然后初始化硬件装置，以使硬件系统可以正常支持温度数据采集；接着通信初始化，以确定温度采集模块与 ARM 核心控制模块连接正常，并通过 UART 复位本科生毕业论文（设计）题目7 7温度数据采集模块，确保其进入正常温度数

13、据采集状态；然后初始化 LCD 显示和键盘，在 LCD 上显示相应的 菜单列表，供用户通过键盘选择操作；至此，系统初始化完成，并进入正常主程序循环状态。 在正常主程序循环状态中，首先扫描键盘，以快速的响应用户的按键操作；若没有键值按下，则 ARM 立即进行数据的采集、处理与显示，以实现实时数据采集与显示等功能。 3.2 关键代码关键代码LCD 液晶屏初始化：液晶屏初始化：void lcd_init(void)rDITHMODE = 0 x12210;rDP1_2= 0 xa5a5;rDP4_7= 0 xba5da65;rDP3_5= 0 xa5a5f;rDP2_3 = 0 xd6b;rDP5_

14、7 = 0 xeb7b5ed;rDP3_4= 0 x7dbe;rDP4_5 = 0 x7ebdf;rDP6_7 = 0 x7fdfbfe;/ disable,8B_SNGL_SCAN,WDLY=16clk,WLH=16clk,rLCDCON1= (0 x0)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR12);/ LINEBLANK=10 (without any calculation)rLCDCON2 = (LINEVAL)|(HOZVAL_COLOR10)|(1021);rLCDCON3 = 0;/ 256-color, LCDBANK

15、, LCDBASEUrLCDSADDR1 = (0 x322)1);rLCDSADDR2=M5D(unsigned int)g_unLcdActiveBuffer+(SCR_XSIZE*LCD_YSIZE)1) | (MVAL21);、rLCDSADDR3 = (LCD_XSIZE/2) | ( (SCR_XSIZE-LCD_XSIZE)/2)9 );/The following value has to be changed for better display.rREDLUT =0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000rG

16、REENLUT=0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000rBLUELUT =0 xfb40; / 1111 1011 0100 0000rLCDCON1=(0 x1)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR12);rPDATE=rPDATE&0 x0e;lcd_clr();嵌入式系统期末大作业8LCDLCD显示温度湿度代码：显示温度湿度代码：/-/显示温度湿度/-void word_view320 x240 x256(UINT8T *pBuffer)UINT32

17、T i, j;UINT32T *pView = (UINT32T*)g_unLcdActiveBuffer;for (i = 0; i SCR_XSIZE * SCR_YSIZE / 4; i+)*pView = (*pBuffer) 24) + (*(pBuffer+1) 16) + (*(pBuffer+2) 8) + (*(pBuffer+3);pView+;pBuffer += 4;相应温度处理与转换子程序：相应温度处理与转换子程序： /存放读取到的当前温度值，未转换 static U16 a-temp-now8=8*0 /存放经精度计算后的实际温度值，高8位整数部分，低8位小数部分

18、static U16 b-temp-now8=8*0; /存放8路转换后温度值,分别为百位,十位,个位,小数位 static U8 temp-convent-all32=32*0; /- /温度处理与转换子程序 /- void temp-change(void) U8 negtive=0 x00; /存放数的符号，若为正=0；若为负，=0 xff U8 j=0; U8 *pt=temp-convent-all; U16 *p1=a-temp-now; U16 *p3=b-temp-now; U16 temp=0; 本科生毕业论文（设计）题目9 9for(j=0;j8;j+) negative

19、=0 x00; temp=*p1; /若温度为负值，进行相应处理 if(temp&0 xf80) ！=0) temp=(temp)+1；/转为正的原码 negative=0 xff； / 同时置符号为0 xff /根据精度消除无关数据 switch(a-temp-prec) case 0 x1f: /精度为9位,则清除最低3位无效位 temp=temp&0 xfff8;break; case 0 x3f: /精度为10位,则清除最低2位无效位 temp=temp&0 xfffc;break; case 0 x5f: /精度为11位,则清除最低1位无效位 temp=temp&0 xfffe;break; case 0 x7f: /精度为12位 break; /换算成实际温度,并扩大10倍,去掉小数部分 嵌入式系统期末大作业10temp=(U16)(float)(temp)*0.625); /折算放入b-temp-now 数组中 /高8位放整数部分，低8位放小数部分，最高位放符号位 if(negtive= 0 xff) /若为负值 *p3=(temp/10)8)|(temp%10)|0 x8000; else *p3=(temp/10)0;j-) *p1+=0 x0; 本科生毕业论文（设计）题目1111第第 4 章章 实验结果及结果分析实验结