基于ARM的电子点菜系统设计.doc

1、 本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 基于 ARM 的电子点菜系统的设计 - 上位机硬件及显示屏软件设计 院 （系）： 电子信息工程 专 业： 电子信息 科学与技术 班 级： * 学 生： * 学 号： * 指导教师： * 2012 年 6 月摘要 I 基于 ARM的电子点菜系统的设计 -上位机硬件及显示屏设计 摘要 无线 电子点菜系统是餐馆实行信息化管理的一个重要组成部分，该系统的应用 不仅会给餐饮企业带来良好的经济效益， 而且为餐饮业的发展掀开了新的篇章 。文章首先分析了无线点菜 终端上位机 系统组成及功能分配，并在此基础上对系统各个组成模块的硬件进行设计 。同时本文还有部分软件设计，对显

2、示屏的软件设计。本设计主要以基于 ARM-7 内核的 LPC2294 为处理器、嵌入式系统技术、uC/OS-II 为嵌入式操作系统、 ADS1.2 开发平台、 GSM 无线通信技 术以及 LCD显示的点菜终端。 关键词 ： 嵌入式系统 ； uC/OS-II； GSM 无线 短信； LCD 显示屏 摘要 II PC hardware and display software design based on the design of the ARMs electronic ordering system Abstract The wireless electronic ordering syst

3、em is an important component of the restaurant to implement information management, application of the system will not only food and beverage companies to bring good economic benefits, but also opened a new chapter in the development of the catering industry. The article first analyzes the compositi

4、on nd function of distribution of the host computer system for wireless ordering terminals, and on this basis, the component modules of the system hardware design. Meanwhile, there are some software design, design of the display software. This design is mainly based on ARM-7 core LPC2294 processor,

5、embedded system technology, uC / OS-II embedded operating system, ADS1.2 development platform, GSM wireless communication technology and LCD display terminal of a la carte. Keywords： Embedded system; uC/OS-II ;GSM wireless message;LCD display 摘要 III 目 录 摘要 . I Abstract .II 目 录 . III 1 绪论 . - 1 - 1.1

6、 前言 . - 1 - 1.2 课题研究的意义 . - 1 - 1.3 国内外发展现况 . - 1 - 1.4 论文的结构安排 . - 1 - 2 相关技术介绍 . - 1 - 2.1 ARM 技术介绍 . - 1 - 2.2 液晶显示技术介绍 . - 1 - 2.2.1 TN 型液晶显示器的 原理 9 . - 1 - 2.2.2 TFT 型液晶显示器的 原理 9 . - 1 - 2.3 系统方案设计 . - 1 - 3 单元电路设计 . - 1 - 3.1 硬件功能设计 . - 1 - 3.2 处理器电路设计 . - 1 - 3.2.1 LPC2294 微处理器 . - 1 - 3.2.2

7、晶体电路 . - 1 - 3.2.3 复位电路 . - 1 - 3.2.4 按键电路 . - 1 - 3.2.5 JTAG 电路 . - 1 - 3.2.6 电源电路 . - 1 - 3.3 短信接收模块电路设计 . - 1 - 3.3.1TC35i 短信模块 . - 1 - 3.3.2 TC35i 主要技术指标 . - 1 - 3.3.3 TC35I 主要的短消息 GSMAT 指令 . - 1 - 3.3.4 TC35i 外围电路设计 . - 1 - 3.4 LCD 显示屏设计 . - 1 - 3.4.1 液晶显 示模块概述 . - 1 - 3.4.2 LCD 控制驱动器 . - 1 - 3

8、.4.3 LCD 外围电路设计 . - 1 - 3.5 电源电路 . - 1 - 3.6 总体原理图 . - 1 - 3.7.1 印制电路板设计步骤 . - 1 - 3.7.2 PCB 设计编辑器的使用 . - 1 - 4 软件设计 . - 1 - 4.1 ADS1.2 集成开发环境介绍 . - 1 - 4.2 ADS1.2 安装 . - 1 - 4.3 uC/OS-II 在 LPC2294 上的移植 . - 1 - HYPERLINK l “_Toc326182492“ 4.3.1 C/OS-的特性与功能 . - 1 - 摘要 IV 图 4.5 显示屏软件流程图 . - 1 - 4.5 显示

9、屏程序 . - 1 - 5 调试 . - 1 - 5.1 硬件调试 . - 1 - 5.1.1 protel 介绍 . - 1 - 5.1.2 原理图， PCB 调试 . - 1 - 5.2 软件调试 . - 1 - 6 结论 . - 1 - 6.1 总结 . - 1 - 6.2 收获与体会 . - 1 - 6.3 不足及有待改进的地方 . - 1 - 参考文献 . - 1 - 致谢 . - 1 - 毕业设计（论文）知识产权声明 . - 1 - 毕业设计（论文）独创性声明 . - 1 - 附录 A 硬件原理图 . - 1 - 附录 B PCB 布线图 . - 1 - 附录 C 外文资料原文及翻

10、译 . - 1 - 1 绪论 1 1 绪论 1.1 前言 近年来， 随着社会的快速发展，人民生活水平的提高和生活方式的改变，餐饮业得以 快速发展。电子点菜已发展成一种趋势，不仅降低了人力资源成本，还实现了餐饮业利润的最大化。 本设计题目是 基于 ARM 的电子点菜系统的设计 -上位机硬件及显示屏软件设计 ，主要内容是利用 ARM 作为系统 MCU，再加上一些短信接收模块、显示模块等一些必要的外围电路模块组成一个用于显示菜单的信息，并打印出菜单硬件电路系统。 1.2 课题研究的意义 在竞争愈演愈烈的今天，信息科技在各行各业广泛应用的时候，餐饮业却一直徘徊在信息科技的边缘地域。越来越多的餐饮业管理

11、者达成了一种共识：传统的由人工来传递菜单的点菜方式已经不能满足 市场的需求。不仅浪时间、效率低下，而且很容易出现错误，从而大大降低服务质量，给企业带来不必要的损失。本文设计电子点菜系统，大大降低人力资源成本，加快各环节之间的数据流通，对企业软环境的档次有较大提高。 在以特色服务引客户的同时，有效提高餐饮机构的服务质量和工作效率，为餐饮业创造更多利润 。 无线点菜终端是众多餐饮管理系统中的组成部分，所使用的技术是嵌入式 1。作为专用的计算机系统的嵌入式系统与通用计算机系统相比具有以下特征：系统简练、专用性强、实时操作系统支持、专用开发工具支持。主要考虑了开发者的方便和平台具有 高度模块化。而且嵌

12、入式通常采用宿主机 /目标机方式，有利于宿主机上丰富的资源及良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件，然后通过串行口或网络将交叉编译生成的目标代码传输并装载在目标机上，然后运行。 其次，嵌入式系统可以支持移动数据库，而移动的结果导致系统的小型化，只有小型化才能嵌入到其他系统，同时又促进了移动。综上所述，无线点菜系统运用嵌入式系统设计的思想，采用目前最先进的嵌入式技术和无线通讯技术，从而实现餐饮企业管理要求。通过无线点菜终端可以降低服务员的劳动强度，提高工作效率，提升餐厅的形象和地位 。同时能容易的汇总餐厅的各种数据，并通过计算机的处理能力提供有用的数据。因此，在餐饮业应用嵌入式系统实现无线点

13、菜功能有着积极的意义。 1.3 国内外发展现况 20 世纪 70 年代以前，餐饮业沿用的服务方式是人工服务。 20 世纪末，随着新科技的发展，尤其是计算机信息技术的突飞猛进，越来越多的企业意西安工业大学毕业设计（论文） 2 识到餐饮业信息化的重要性。一些餐饮服务系统、餐饮管理系统相继投入使用，给餐饮业注入了新生的血液 2。 国外在 20 世纪 70 年代，而国内在 80 年代末诞生了餐饮服务管理系统的雏形。这个雏形是总服务台的服务器 PC 机、以及和服务器相连接的打印等外围设备，实现的功能都比较简单，主要有：结账、核算、打印收据等基本功能。这个时期餐饮服务管理系统的概念实际上还算不上真正意义上

14、的餐饮管理系统，只是为高科技进入服务行业打开了一道门。 80 年末 90 年代初，随着网络技术的迅速发展，餐饮服务管理系统中出现了使用 C/S 和 B/S 体系结构的一触摸屏为交互终端点菜系统。 20 世纪 90年代到今天网，网络技术有了很大的突破，餐饮服务管理系统也不例外，开始使用红外、蓝牙、 802.11 系统等无线技术。目前在我国餐饮管理系统基本上有以下三种形式 3。 （ 1）触摸屏 +服务器 +识别卡 系统有多台触摸屏构成，通过局域网与服务器相连，通过识别卡来确定顾客身份。这种方式需要建立无线局域网，利用数据库技术，动态网页技术，无盘工作站技术，充分利用有线局域网达到满意的服务效果。

15、（ 2）无线点菜机 +无线接入点 +服务器 +识别卡 这种通信方式采用了有线和无线两种方式的结合，无线方式使用在接入点和点菜机和接入点之间，有线方式用在其他部分的连接。这种技术一般采用红外、蓝牙技术等短距离无线通讯技术，能减轻服务员的负担，降低出错率。 （ 3）无线 PDA+无线接入点 +服务器 这种形式的系统不受位置和网线的限制，顾客可以随时随地点菜。资源相对比较丰富，可以使用有线局域网的资源。无线局域网的速度最高可达 11Mbit/s，极大地提高了工作效率。 1.4 论文的结构安排 论文共由 6个章节组成，主要内容及结构安排如下： 第 1 章， 绪论 。简要说明课题的来源及背景，指明课题研

16、究的意义，并对课题的 国内外 现状进行分析。 第 2 章， 相关技术介绍 。 对课题实现的相关技术进行详细的介绍和分析。 第 3 章， 硬件原理图的设计 。具体介绍各部分的硬件原理图设计。 第 4 章， 显示屏的软 件设计。 介绍了环境的搭建，操作系统的移植，软件的程序流程图。 第 5 章， 调试。 阐述 硬件 系统在制作完成后 检测和软件编译调试。 第 6 章， 结论 。 主要包括设计结论，设计收获与体会，设计不足和需要改进的地方。 2 相关技术介绍 3 2 相关技术介绍 系统在设计中选用 ARM 作为微处理器，显示屏的型号选用 LCD12864，短信接收模块选用 TC35i。通过上位机终端

17、与显示屏的联接进行菜单的显示。 2.1 ARM 技术介绍 ARM 即 Advanced RISC Machines 的缩写，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称， 还可以认为是一种技术的名字 4。 1985 年 4 月，第一个 ARM 原型在英国剑桥的 Acorn 计算机有限公司诞生，由美国加州 SanJoseVLSI 技术公司制造。 20 世纪 80 年代后期， ARM 很快开发成 Acorn 的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。 1990 年成立了 Advanced RISC Machines Limited(后来简称为 ARM Limited， ARM 公司

18、)。 20 世纪 90 年代，ARM 32 位嵌入式 RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到世界范围，占据了 低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。目前，采用 ARM 技术知识产权（ IP ）核的微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 75以上的市场份额， ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面 5。 ARM 处理器系列提供的解决方案有： 无线、消费类电子和图像应用的开发平台；存储、自动化、工业和网络应用的

19、嵌入式实时系统； 智能卡和 SIM 卡的安全应用。 当前基于 ARM 技术的微处理器有 6 个 产品系列 ARM7、 ARM9、 ARM9E、ARM10、 SecurCore 和 Cortex-M3。其中 Cortex-M3 内核是 ARM 新型 V7 指令集结构系列的微控制器版本。 ARM Cortex-M3 处理器为高性能、低成本的平台提供了一个能够满足小存储要求解决方案（ minimal memory implementation）、简化管脚数、以及低功耗三方面要求的内核，与此同时，它还提供了出色的计算性能和优越的系统中断响应能力 6。其特性主要有以下几个方面： （ 1）紧凑的内核。 （

20、 2） Thumb-2指令集，在通常与 8位和 16位设备相关联的存储容量中，特别是在微控制器级应用的几千字节存储量中，提供了 ARM内核所期望的高性能。 （ 3）优越的中断处理能力，通过执行寄存器操作来实现，这些寄存器操作在处理硬件中断时使用。 （ 4）功能齐全的调试解决方案，包括： 串行线 JTAG 调试端口（ SWJ-DP）； Flash 修补和断点（ FPB）单元，用于实现断点操作； 数据观察点和出发单元（ DWJ），用于执行观察点、触发源和系统性能分析等操作； 2 相关技术介绍 4 仪表跟踪宏单元（ ITM），用于支持 Printf 类型调试； 跟踪端口的接口单元（ TPIU）， 用

21、作跟踪端口分析仪（ TPA）的桥接。 目前，在控制领域及信号采集与信息处理等领域， ARM处理器的应用越来越广泛。 2.2 液晶显示技术介绍 液晶 (Liquid Crystal)是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物。如果把它加热会呈现透明的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的Smectic 液晶，类似细火柴棒的 Nematic 液晶和类似胆固醇状的 Cholestic 液晶。这三种液晶的物理特性各不相同，用于液晶显示器的是第二类的 Nematic 液晶，采用 此类液晶制造的液晶显示器被称为了 LCD(L

22、iquid Crystal Display)7。 第一台成型 的液晶显示媒体出现在 1971 年，这就是最初的 TN LCD(扭曲向列 )。尽管当时仅是单色的十分简单的显示工具，但仍在某些领域得到了推广应用。还记得我们的电子表、计算器、掌上游戏机等，它们都是采用了类似的技术。到了 80 年代初，这一技术开始应用到计算机产品上。 1984 年，欧美提出了STN LCD(超扭曲向列 )，同时 TFT LCD(薄膜式晶体管 )技术也被提出，但仍不成熟。 80 年代末，日 本掌握了 STN LCD 的大规模生产技术， LCD 工业开始飞跃。 1993 年，日本又掌握了 TFT LCD 的大规模生产技术

23、，液晶显示器开始向廉价、低成本的方向发展，随后 DSTN LCD(双层超扭曲向列 )诞生。另一方面向高端的薄膜式晶体管 TFT LCD 发展， 1997 年，日本建成了一大批以550mm670mm 为代表的大基板尺寸第三代 TFT LCD 生产线。 液晶显示器的原理与 CRT 显示器大不相同，主要特色在于体积小、薄，重量轻，低辐射等。 LCD 是基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示 方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性。在通电时导通，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得

24、无序，从而阻止光线通过。 2.2.1 TN 型液晶显示器的 原理 9 TN 液晶显示器是在一对平行放置的偏光板间填充了液晶。这一对偏光板的偏振光方向是相互垂直的。液晶分子在偏光板之间排列成多层。在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于偏光板的。正是由于分子按这种方式排列，所以被称为向列型液晶。另一方面，在不同层之 间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转 90。其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。也正是因为液晶分子呈现的这种扭曲排列，而被称为扭曲向列型液晶显示器。一旦通过电极给液晶分子加电之后，由于受到外界电压的影响，分子不再按照正常的

25、方式排列，而变成竖立的状态。液晶2 相关技术介绍 5 显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的 通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。当液晶分子竖立时光线就无法通过，显示屏上出现黑色。其结果形成透光时为白、不透光时为黑，字符就可以显示在屏幕上了。 2.2.2 TFT 型液晶显示器的 原理 9 新型的 TFT 液晶显示器的工作原理是建立在 TN 原理基础上的。两者的结构亦基本相同，亦采用两夹层间填充液晶分子的设计，只不

26、过把 TN 上部夹层的电极改为 FET 晶体管，而下层改为共同电极。但两者的工作原理还是有一定的差别。在光源设计上， TFT 的显示采用 “背透式 ”照射方式，即假想的光源路径不是像 TN 液晶那样从上 至下，而是从下向上。具体做法是在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，由于上下夹层的电极改成FET 电极和共通电极，它也是借助液晶分子来传导光线。在 FET 电极导通时，液晶分子的排列状态如 TN 液晶一样也会发生改变，也是通过遮光和透光来达到显示的目的。所不同的是，由于 FET 晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到 FE

27、T 电极下一次再加电改变其排列方式。相对而言， TN 就没有这个特性，液晶分子一旦没有施压，立刻就返回原始状态，这是 TFT 液晶和 TN 液晶显 示的最大不同之处，亦是 TFT 液晶的优越之处。 在 LCD 的动态画面显示中，高速移动图像会出现 “拖尾 ”、 “重影 ”等现象，这是由于液晶的响应速度慢于一帧 (当帧频为 60Hz 时，约 16ms)造成的，由此形成的一帧结束时的残像在下一帧显现出来。目前 TN 型器件的最亮态和最暗态间的响应时间一般长于 20ms，而中间灰度间驱动的响应时间要长得多。所以要完全满足动态图像显示的要求，响应速度还有待于提高。 随着社会的发展，液晶显示技术的应用越

28、来越广泛，显示技术的发展也越来越高端。 2.3 系统方案设计 本课题主 要内容是利用 LPC2294 作为系统 MCU，再加上一些短信接收模块、显示模块等一些必要的外围电路模块组成一个用于显示菜单的信息，并打印出菜单的硬件电路系统。 主要实现上位机硬件系统设计和显示屏软件程序设计，进行系统总体设计，完成单元电路的设计及系统总体原理图设计；进行显示屏选择并完成显示软件设计；进行系统联调。 进而设计形成相应的电路，绘制原理图、 PCB图。并 编写显示屏的软件设计，对软硬件进行调试。 该论文的主要研究工作有： （ 1） 查阅相关资料，熟悉课题的设计思想，并最终确定系统的设计方案。主要查阅的资料有 ARM 介绍、 GSM 短信、 LCD 驱动及显示等相关资料。