PAGE5嵌入式系統(tǒng)設計實驗考試報告課題題目：基于ARM的失重稱實驗姓名：喬喬日期：2012-目錄TOC\o"1-4"\h\u39一、設計內(nèi)容 1133421.1實驗考試目的 132165二、設計方案 2143992.1實驗考試設計要求 2114122.2方案論證 326137三、硬件設計 3115653.1設計思路 360073.2系統(tǒng)電路原理 427473.2.1穩(wěn)壓電源電路 421673.2.2可調(diào)電源的電路圖 4324743.2.3鍵盤輸入與顯示電路 5108393.2.4差動信號放大電路 69119四、軟件設計 734544.1設計思路 7132904.2程序清單 8一、設計內(nèi)容1.1實驗考試目的1、注重培養(yǎng)綜合運用所學知識、獨立分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，并獲得科學研究的基礎訓練。2、了解所選擇的ARM9芯片各個引腳功能，工作方式，計數(shù)/定時，I/O口，中斷等的相關原理，并鞏固學習嵌入式的相關內(nèi)容知識。3、通過軟硬件設計實現(xiàn)利用ARM9芯片來完成失重稱的設計。二、設計方案2.1實驗考試設計要求1、查閱相關文獻資料，熟悉所選ARM9芯片及所選擇的各個器件。2、總體設計方案規(guī)劃3、系統(tǒng)硬件設計，包括鍵盤輸入和顯示等相關以及重力的變化轉換為電壓的變化等。4、系統(tǒng)軟件設計，包括完成對外部輸入信號的AD采樣并且將所測得的重量通過SPI發(fā)送到鍵盤顯示板上進行顯示等。用c語言編程。5、設計心得體會及總結2.2方案論證有許多客觀需求促進了ARM處理器的設計改進。首先，便攜式的嵌入式系統(tǒng)往往需要電池供電。為降低功耗，ARM處理器已被特殊設計成較小的核，從而延長了電池的使用時間。高的代碼密度是嵌入式系統(tǒng)的又一個重要需求。由于成本問題和物理尺寸的限制，嵌入式系統(tǒng)的存儲器是很有限的。所以，高的代碼密度對于那些只限于在板存儲器的應用是非常有幫助的。另外，嵌入式系統(tǒng)通常都是價格敏感的，因此一般都使用速度不高、成本較低的存儲器。ARM內(nèi)核不是一個純粹的RISC體系結構，這是為了使它能夠更好的適應其主要應用領域－－嵌入式系統(tǒng)。在某種意義上，甚至可以認為ARM內(nèi)核的成功，正是因為它沒有在RISC的概念上沉入太深。現(xiàn)在系統(tǒng)的關鍵并不在于單純的處理器速度，而在于有效的系統(tǒng)性能和功耗。在本實驗方案的設計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的基本設計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設計方法，并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術指標，系統(tǒng)遵循自上而下、由大到小、由粗到細的設計思想，按照系統(tǒng)的功能層次，在設計中把硬件和軟件分成若干功能模塊分別設計和調(diào)試，然后全部連接起來統(tǒng)調(diào)。三、硬件設計3.1設計思路1、輸出12V的直流穩(wěn)壓電源為傳感器供電，輸出為3.3V的直流電源為邏輯控制器供電。2、設計出鍵盤輸入與顯示電路（鍵盤顯示板），用來顯示當前的重量。3、將托盤的重力轉換為電壓輸出，并對輸出的差動信號放大。4、運用邏輯控制器將輸出放大信號進行A/D采樣，完成自動校零與自動校滿，并將重量在鍵盤顯示板上進行顯示與通過鍵盤顯示板控制系統(tǒng)的運行。3.2系統(tǒng)電路原理在本系統(tǒng)中需要兩種不同電壓值的直流電源，分別為12V和3.3V。采用LM7812作為電橋及放大電路的供電穩(wěn)壓管。選擇LM317將其輸出調(diào)為3.3V為邏輯控制器件提供電壓。運算放大器采用LM324以及移位寄存器采用74LS164。3.2.1穩(wěn)壓電源電路圖1為12V穩(wěn)壓電源的電路圖。經(jīng)過變壓器后將220V的市電降壓為16V的交流電，經(jīng)過C1將交流電中的高次諧波過濾后接入到整流橋整流后再經(jīng)過1000uF的C2和220uF的C3平波后接入穩(wěn)壓管LM7812，后面輸出為穩(wěn)定的12V直流壓，C4和C5的作用是進一步濾除直流電壓中的高頻交流成分，使電源更穩(wěn)定。圖1.12V穩(wěn)壓電源的電路圖3.2.2可調(diào)電源的電路圖圖2為運用LM317輸出可調(diào)電源的電路圖。將經(jīng)過LM7812穩(wěn)壓輸出的12V電壓輸入到該電路的端，經(jīng)電容C1濾波后送入LM317第3腳（輸入端），二腳輸出穩(wěn)定的直流電壓，調(diào)正端（一腳）與輸出端的電壓為1.25V的基準電壓為了保證穩(wěn)壓管的輸出特性，R1的電阻應小于240Ω。為了輸出電壓可調(diào)，調(diào)整端與地之間接可變電阻器R2，調(diào)節(jié)R2的值可將輸出電壓調(diào)整為3.3V。輸出電壓的計算公式為：電路中C1是為了濾除輸入電壓存在的交流成分，C3是為了旁路基準電壓的紋波，提高電源的紋波抑制性能。圖2.LM317輸出可調(diào)電源3.2.3鍵盤輸入與顯示電路圖3為鍵盤輸入與顯示的電路圖。數(shù)據(jù)通過JP1接口中的DATA在CLK的上升沿作用下以串行的方式輸入到移位寄存器，可以將CLK端接在SPI的時鐘端上，將DATA端接在SPI的MOSI（主出從入）端口上，這樣通過SPI就能將所要存入移位寄存器的數(shù)發(fā)送出去。從圖中可見，第一片移位寄存器控制的是數(shù)碼管的位碼，第二位移位寄存器控制的是數(shù)碼管的段碼。因此，在SPI發(fā)送數(shù)據(jù)時應該先將8位段碼發(fā)送到第一片寄存器中，然后發(fā)送8位位碼。這樣，第一片寄存器中的段碼被移入到第二片中，第一片寄存器中保存的是數(shù)碼管的位碼。同時，8個按鍵的公共端是通過上拉電阻電阻R9接到VCC，而且在JP1中還有一個端口KEY作為按鍵到ARM的輸入端。圖3鍵盤顯示板電路3.2.4差動信號放大電路將3個差動信號的正負分別通過10KΩ的電阻接入到運算放大器的正負端，就會通過第一級差動放大器將差動信號放大10倍，然后放大信號輸入到第二級的放大電路。電路里接入了一個滑動變阻器，用于調(diào)節(jié)輸出信號的零點。在電路的最后接入了一個470uF的平波電容，是為了使輸出的信號更加穩(wěn)定，減少各種因素帶來的電路輸出信號的波動。圖4為用于對輸入的差動電壓信號進行放大的電路。圖4.差動信號放大電路四、軟件設計4.1設計思路本系統(tǒng)軟件部分的主要功能是完成對外部輸入信號的AD采樣，并且在對重量自校零和校滿后使AD值與重量的量綱相對應，并且將所測得的重量通過SPI發(fā)送到鍵盤顯示板上進行顯示，其流程圖（圖6）如下：圖6.程序流程圖4.2程序清單#include"config.h"uint8constwm[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};uint8constdm[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};uint8constM_8pai[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09};uint8data_buf[8];uint32xs_cs=0; //需要顯示的數(shù)值uint32ADC_Data=0;uint8count; //正在發(fā)送第幾位段碼 uint32time_ds=0; //定時共用變量uint8time_20ms_flag=0; //定時20ms標志uint8time_2ms_flag=0; //2ms定時標志uint8key_n=9; //保存第幾號鍵被按下//********************************************************************uint8dw0(uint8n) //對IO0PIN第n位進行讀操作{ uint8i; if((IO0PIN&(1<<n))==0)i=0; elsei=1; returni;}//*****************************************************************voidDelayNS(uint32dly) //長軟件延時{ uint32i; for(;dly>0;dly--) for(i=0;i<5000;i++);}//*****************************************************************uint8key_sm(void) //按鍵函數(shù),在使用完key_n后{ //要將key_n置為大于7的數(shù) uint8statickey; uint8statickey_befor=0,key_now=0,ax_flag=0; key_befor=key_now; key_now=dw0(3); if((key_befor==1)&&(key_now==0)&&(ax_flag==0)) { ax_flag=1; key=count; } if((key_befor==1)&&(key_now==1)&&(ax_flag==1)&&(key==count)) {ax_flag=0;returnkey; } return9;}//*****************************************************************voidad_int(void) //AD初始化函數(shù){ PINSEL1=1<<28; //P0.30連接到AD0.3 /*進行ADC模塊設置*/ AD0CR=(1<<3) | //SEL=8,選擇通道3 ((Fpclk/1000000-1)<<8) | //轉換時鐘為1MHz (0<<16) | //BURST=0,軟件控制轉換操作 (0<<17) | //CLKS=0,使用11clock轉換 (1<<21) | //PDN=1,正常工作模式 (0<<22) | //TEST1:0=00,正常工作模式 (1<<24) | //START=1,直接啟動ADC轉換 (0<<27); //直接啟動ADC轉換時，此位無效 DelayNS(10); ADC_Data=AD0DR; //讀取ADC結果并清除DONE標志位}//*****************************************************************voidbin_bcd(uint32xs_data) //二進制轉BCD碼函數(shù){ uint32sum; uint8i; sum=xs_data; for(i=0;i<8;i++) { data_buf[i]=sum%10; sum=sum/10; }//****************************************************************voidtimer0int(void) //定時器初始化函數(shù){ T0TC=0; T0PR=0; T0MCR=0x03; T0MR0=Fpclk/500; //定時為2ms T0TCR=0x01;}//*****************************************************************voidmspi_send(uint8data) //spi發(fā)送程序{ S0PDR=data; while((S0PSR&0x80)==0);}//*****************************************************************void__irqtimer0_isr(void) //定時器0中斷服務程序，發(fā)送數(shù)據(jù){ mspi_send(dm[data_buf[count]]); //發(fā)送段碼mspi_send(~(wm[count])); //發(fā)送位碼,數(shù)碼管共陰，按位取反 key_n=key_sm(); //按鍵返回部分 count++; //發(fā)送下一個if(count>=8)count=0;time_2ms_flag=1; //2ms定時，置1time_ds++;if(time_ds>=5001) //最長定時10s time_ds=0;if(time_ds%10==0) //20ms定時 time_20ms_flag=1; T0IR=0x01; VICVectAddr=0x00;}//*****************************************************************voidvic_timer0_int(void) //定時器0中斷初始化函數(shù){ VICIntSelect&=~1<<4; VICVectCntl0=0x20|4; VICVectAddr0=(uint32)timer0_isr; VICIntEnable|=1<<4; IRQEnable();}//*****************************************************************voidmspi_int(void) //SPI初始化函數(shù){ PINSEL0=(PINSEL0&(~(0xFF<<8)))|(0x55<<8); S0PCR=(0<<3)| (1<<4)|(1<<5)|(0<<6)|(0<<7); S0PCCR=10;}intmain(void){ uint8key_7_n=0; uint16adc_base=0; uint16adc_base_400=0; uint8adc_count=0; uint16ad_data_50=0; //求50平均值后的AD值 uint16zl_g=0; //重量，單位為g uint32adc_data_buf=0; PINSEL0&=~(3<<6); //將p0.3設為gpio IO0DIR&=~(1<<3); //p0.3設為輸入功能 PINSEL2&=~(1<<3); //選擇P1.16~P1.25為GPIO功能 IO1DIR|=0xFF<<18; //將P1.18~P1.25設為輸出功能 IO1CLR|=0xFF<<18; //輸出低電平 timer0int(); vic_timer0_int(); mspi_int(); ad_int(); while(1) { if(time_20ms_flag==1) { time_20ms_flag=0; if(adc_count<50) { AD0CR|=1<<24; //進行第一次轉換 while((ADDR&0x80000000)==0); //等待轉換結束 AD0CR|=1<<24; //再次啟動轉換 while((AD0DR&0x80000000)==0); //等待轉換結束 ADC_Data=AD0DR; //讀取ADC結果 ADC_Data=(ADC_Data>>6)&0x3ff; ADC_Data=ADC_Data*2480; //參考電壓經(jīng)過3/4分壓 ADC_Data=ADC_Data/1024; adc_data_buf+=ADC_Data; adc_count++; } else {adc_count=0; ad_data_50=adc_data_buf/50; adc_data_buf=0; } } if(key_n==0) { key_n=9; key_7_n++; if(key_7_n==1) //按下第一次記下AD基數(shù) adc_base=ad_data_50; if(key_7_n==2) { adc_base_400=ad_data_50;//按下第二次，記下AD key_7_n=0;