1、 编号 22 期末大作业 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 I 摘 要 课题是基于 S3C44B0x 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； S3C44B0x；嵌入式
2、系统；数据采集 目录 i 目 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
3、键代码 . 8 第 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 1 第 1 章 概述 1.1 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
4、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 题目 ：基于 ARM 的温湿度显示系统 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
5、% 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。 嵌入式系统期末大作业 2 第 2 章 设计原理 2.1 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
6、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 R S - 2 3 2电 源 电 路A R M 处 理 器L C D 显 示键 盘F l a s h R O M 存 储器S D R A M 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 2.2.1 S3C44B
7、0X LCD 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： 本科生毕业论文（设计）题目 3 - 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 LCD 控制器主要提供液晶屏显
8、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D M A 传 送 控 制信 号 产 生 电 路3 23 23 2S y s t e m B u sV C L KV D 3 ： 0 V MV F R A M EV L N EV D 7 ： 3 图 2 L C D 控 制 框 图2.2.3 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，
9、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 嵌入式系统期末大作业 4 2.3 A/D 转换设计 2.3.1 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 分压电路比较简单，为了保证电压转换时是稳定的，可以
10、直接调节可变电阻得到稳定的电压值。 本科生毕业论文（设计）题目 5 图 5 分压电路 2.4 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
11、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。 嵌入式系统期末大作业 6 图 6 电源电路 2.5 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
12、 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 本科生毕业论文（设计）题目 7 第 3 章 设计步骤 3.1 软件设计 本温度数据采集与显示装置的主体由 S3C44B0x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A R M 初 始 化硬 件 装 置 初 始 化扫 描 键 盘处 理 按 键键 盘 初 始 化L C D 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， S3C44B0x 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 复位温
