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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；S3C
2、44B0 x；嵌入式系统；数据采集 目录 目目 录录 摘 要 .I 目 录 .I 第 1 章 概述 .1 1.1 实验目的及要求 .1 1.2 实验内容 .1 第 2 章 设计原理 .2 2.1 硬件系统总体设计 .2 2.2 LCD 液晶显示设计 .2 2.2.1 S3C44B0X LCD 控制器介绍 .2 2.2.2 显示控制 .3 2.2.3 电路设计 .3 2.3 A/D 转换设计 .4 2.3.1 采样保持接口 .4 2.3.2 分压电路 .4 2.4 电源电路设计 .5 2.5 温度采集电路设计 .6 第 3 章 设计步骤 .7 3.1 软件设计 .7 3.2 关键代码 .8 第
3、4 章 实验结果及结果分析 .12 4.1 实验结果 .12 4.2 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
4、： 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
5、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 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。
6、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 LC
7、D 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，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
8、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 3232 32 System Bus VCLK VD3：0 VM VFRAME VLNE VD7：3 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（
9、设计）题目 3 3 2.3 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
10、 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+12
11、V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R
12、S-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。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Y N 软件设计流程图
13、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
14、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_7 = 0 xeb7b5ed; rDP3_4= 0 x7dbe; rDP4_5 = 0 x7ebdf; rDP6_7 = 0 x7fdfbfe; / disable,8B_SNGL_SCAN,WDLY=16clk,WLH=16clk
15、, 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, LCDBASEU rLCDSADDR1 = (0 x322)1); rLCDSADDR2=M5D(unsigned int)g_unLcdActiveBuffer+(SCR_XSIZE*LCD_YSIZE)1)
16、 | (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 0000 rGREENLUT=0 xfdb96420; / 1111 1101 1011 1001 0110 0100 0010 0000 rBLUELUT =0 xfb40; / 1111 1011 0100 0000 rLCDCON1=(0 x1)|(25)|(MVAL_USED7)|(0 x38)|(0 x310)|(CLKVAL_COLOR 12); rPDATE=rPDATE lcd_clr(); 嵌入式系统期末大作业 8 LCDLCD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) UINT3
