基于ARM嵌入式系统的真菌培养箱的设计..doc

1、 1 毕业论文中文摘要 基于 ARM 嵌入式系统的真菌培养箱的设计 摘要： 本文介绍了利用嵌入式技术，采用三星公司的 S3C44BOX ARM 芯片设计一个真菌培养箱控制器的方法，能够由用户根据不同的真菌种类输入不同的环境参数（本系统主要研究培养基的湿度和培养箱内空气温度两个环境参数），然后通过传感器采集培养箱内环境数据，在处理器中进行判断，根据判断结果向控制器发出信号，控制环境调节器的启停，实现真菌培养箱环境控制的智能化。 关键词 ： 嵌入式系统 真菌培养 环境调控系统 LCD 显示 1 毕业论文外文摘要 Title Based On ARM Embedded System Fungus I

2、ncubators Design Abstract The text introduced a method by embedded technology, adopting S3C44BOX ARM chip of Samsung to design an automatic fungus cultivation controller, by which environmental parameters can be set according to the types of the fungus by users(The two main environmental parameters

3、considered in this system are humidity of the substrate and the air temperature in the culture box.) , and environmental parameters can be collected by the sensor and judged in the processor, then the signal will be sent out according to the judgments to the controller, which controls the environmen

4、t adjustor, and intelligentize the environmental centralization of the fungus culture box. Keywords： Embedded system Eungus cultivation Environmental control system LCD showing 1 目 次 1、绪论 .1 1.1、设计真菌培养箱控制器的意义 .1 1.2、嵌入式系统的定义和市场 前景 .1 1.3、嵌入式系统的几个发展阶段 .2 1.4、嵌入式系统的技术特点 .3 1.5、嵌入式系统的发展趋势 .3 2、嵌入式实验平台的

5、原理以及嵌入式系统简介 .3 2.1、概述 .4 2.2、 S3C44BOX 芯片介绍 .4 2.3、 JX44BO ARM 嵌入式教学系统软件资源 .8 3、 环境控制器的设计 .8 3.1、功能框图 .8 3.2、功能模块介绍 .8 3.3、控制器的主流程图 .10 3.4、控制器设计原理与实现 .11 4、程序详细设计 .11 4.1、数字显示 .11 4.2、对 LCD 清屏 .12 4.3、键盘扫描 .12 4.4、字符转换成数值 .13 结论 .16 参考文献 .17 致 谢 .18 附 录 .19 1 1 绪论 1.1 设计真菌培养箱控制器的意义 我国的真菌种类品种丰富，种类繁多

6、。其中很大一部分的真菌都具有很大药用，食用价值，还有一些种类在美容，医学科研方面等也具有不可替代的作用。现在社会上所用真菌相当大一部分是靠人工培养的。然而，由于真菌生长对环境的要求比较高，不同种类的真菌生长要求不同的湿度、温度，且湿度和温度必须保持在严格的范围内。要人工培养真菌，就必须了解培养箱的特点，并采取相应的调控措施，满 足真菌生长发 育条件，从而达到真菌的优质高产。所以，设计一套智能的 真菌培养箱控制系统，具有很大的现实意义。 目前真菌培养箱所采用的环境控制器都是相对单一的，即温度控制器只控制温度，湿度控制器只控制湿度等等，且多为手工操作，不能完成智能调节功能。这大大的加重了用户使用真

7、菌培养箱控制器的成本及复杂程度，不利于对真菌培养箱环境的全面调控。 本设计充分的利用了嵌入式系统的高集成度与高性能的特点，将温度、湿度等等各种环境的调控集成在一个控制器中，能同时对箱内环境进行自动调控，非常适合人工培养真菌的要求。 1.2 嵌入式系统的定义和市 场前景 嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能，它通常嵌入在主要设备中运行。 PC 机主要应用在办公室自动化领域，而嵌入

8、式系统已经广泛渗透到人们的工作、生活中，从家用电器、手持通讯设备、信息终端、仪器仪表、汽车、航天航空、军事装备、制造工业、过程控制等。今天，嵌入式系统带来的工业年产值已超过一万 亿美元。美国著名未来学家尼葛洛庞帝 99 年 1 月访华时曾预言， 45 年后嵌入式智能（电2 脑）工具将是 PC 和因特网之后最伟大的发明。据统计，嵌入式处理器的数量占分散处理器的 94%，而 PC 机用的处理器只占 6%。汽车大王福特公司的高级经理曾称：“福特出售的计算能力已超过了 IBM！”用市场观点来看， PC 已经从高速增长进入到平稳发展时期，其年增长率由上世纪 90 年代中期的 35%逐年下降，单纯由 PC

9、机带领电子产业蒸蒸日上的时代已经成为历史，根据 PC 时代的概念，美国 Business week 杂志提出了“后 PC 时代”概念。 1.3 嵌入式系统的几个发展阶段 嵌入式系统的出现至今已经有 30 多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。 第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理

10、效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入 式系统使用简单、价格低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。 第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点是： CPU 种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，用户界面不够友好。 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具 备文件和目录管理、多任

11、务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口 API，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。 第四阶段是以 Internet 为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于 Internet 之外，但随着 Internet 的发展以及Internet 技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与 Internet 的结合将代表嵌入式系统的未来。 3 综上所述，嵌入式系统技术日益完善， 32 位微处理器在该系统中占主导地位，嵌入式操作系统已经从简单走向成 熟，它与网络、 Internet 结合日益密切，因而，嵌入式系统应用将日益广泛。

12、 1.4 嵌入式系统的技术特点 嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统 嵌入式系统麻雀虽小，五脏俱全，软件除操作系统外，还需有完成嵌入式系统功能的应用软件，硬件除了 CPU外，还需有外围电路支持，微处理器、微控制器、 DSP 已构成嵌入式系统硬件的基础。 嵌入式系统是资源开销小的高性能价格比系统 嵌入式系统的发展离不开应用，应用的共同要求是系统资源开销小，由于嵌入式系统技术日益完善，各种高性能嵌入式应用系统层出不穷，它已是资源开销小的 高性能价格比的一类应用系统。为了满足系统资源开销小、高性能、高可靠性的要求，大多使用 Flash Memory。 嵌入式系统是功能强大、使用灵活方便的系统

13、 嵌入式系统应用的广泛性，要求该系统通常是无键盘、无需编程的应用系统，使用它应如同使用家用电器一样方便。 1.5 嵌入式系统的发展趋势 低功耗嵌入式系统 为满足高可靠性要求，低功耗的系统将应运而生。 Java 虚拟机与嵌入式 Java 开发嵌入式系统希望有一个方便的、跨平台的语言与工具， Java 正是用 Java 虚拟机实现 Java 程序独立于各机种的平台。经过努力，一个支持嵌入式系统开发的、足够小、足够快、又有足够确定性的嵌入式 Java 程序包已经出现， Java 虚拟机与嵌入式 Java 将成为开发嵌入式系统的有力工具。 嵌入式系统的多媒体化和网络化 随着多媒体技术的发展，视频、音频

14、信息的处理水平越来越高，为嵌入式系统的多媒体化创造了良好的条件，嵌入式系统的多媒体化将变成现实。它在网络环境中的应用已是不可抗拒的潮流，并将占领网络接入设备的主导地位。 嵌入式系统的智能化 嵌入式系统与人工智能、模式识别技术的结合，将开发出各种更具人性化、智能化的嵌入式系统。 2 嵌入式实验平台 的原理以及嵌入式系统简介 4 2.1 概述 这款嵌入式实验平台使用的是 S3C44BOX 即为一款不带 MMU 的 ARM 微处理器，可在其上运行 uCLinux 和 uC/OS-II 操作系统。其特点如下： 1）系统的工作频率：系统的工作频率在很大程度上决定 ARM 微处理器的处理能力。 ARM7

15、系列微处理器的典型处理速度为 0.9MIPS/MHZ。常见 ARM7 的系统主时钟为20MHZ-133MHZ。 2）芯片内存储器的容量：大多数 ARM 微处理器片内存储器的容量都不大，需要用户在设计系统时外扩存储器。但也有部分芯片具有相对较大的片内存 储空间，如ATMEL 的 AT91F40162 就具有高达 2MB 的片内程序存储空间。用户在设计时可考虑选用这种类型，以简单化系统的设计。 3）片内外围电路的选择：除 ARM 微处理器核以外，几乎所有的 ARM 芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并继承在芯片之中，我们称之为片内外围电力。如 USB 接口 、 IIS 接口 、 L

16、CD 控制器 、 键盘接口 、 RTC、 ADC 和 DAC、 DSP 协处理器等。设计者应分析系统的需求，尽可能采用片内外围电路完成所需的功能，这样可以简化系统的设计，同时提高系统的可靠性。 2.2 S3C44BOX芯 片介绍 2.2.1 S3C44BOX 功能框图 如图 2-1所示， S3C44BOX 微处理器是一款由 Samsung Electronics Co.， Ltd 为手持设备设计的低功耗 、 高速度集成的基于 ARM7TDMI 核的微处理器。为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件： 1个 IIS 总线控制器，以及5 通道 PWM 定时器， 71个通用 I/

17、O 口， 8个外部中断源，实时时钟， 8 通道 10 位 ADC等。现在它广泛应用于 PDA，移动通讯 、 路由器 、 工业控制等。 5 图 2-1 S3C44BOX 功能框图 2.2.2 各功能简介 1） S3C44B0X 处理器体系结构 16/32 位 RISC 结构和 ARM 精简指令集； Thumb 协处理器在保证性能的前提下使代码密度最大； 片上 ICE 支持 JTAG 调试方式； 32*8 位硬件乘法器。 2） S3C44B0X 处理器系统管理 支持大端（ Big Endian） /小端（ Little Endian）模式； 地址空间：每个 Bank 32MB（一共 256MB），

18、每个 Bank 支持 8/16/32 位数据总线编程； 8个内存 Bank， 6 个用于 ROM、 SRAM， 2个用于 ROM/SRAM/DRAM； 1个起始地 址和大小可编程的 Bank(7)； 7个起始地址固定，但大小可变的 Bank(0 6)； 所有内存 Bank 可编程寻址周期； 支持自动刷新模式；（ DRAM/SDRAM） 6 支持 DRAM 的非对称 /对称寻址。 3） S3C44B0X 处理器存储器其存储器映射如图 2 2所示。 4） S3C44B0X 处理器通用输入 /输出端口及接口 通用输入 /输出端口 a) 8 个外部中断端口； b) 71 个多路输入 /输出口。 UART:2 个带 DMA 和中断的 UART:2 支持 5位、 6 位、7 位、 8位串行数据传送 /接收； c) 当传送 /接收时支 持双向握手； d) 可编程波特率； e) 支持 IrDA1.0(115.2Kps)； f) 支持回环测试模式； g) 每个通道有 2 个内部 32 位 FIFO。 DMA 控制器 a) 2 路通用不需要 CPU 干涉的 DMA 控制器； b) 2 路桥式 DMA 控制器； c) 采用 6种 DMA 请求：软件， 4 个内部功能块 (UART/SIO/定时器 /IIS)，外部图 2-2 S3C44B0X 存储区映射