1、学校代码 10126 学号 分 类 号 TP31 密级 本科毕业论文（设计） 基于 Proteus 的 Contex-M3 的数据采集系统设计 学院、系 电子信息工程学院 专业名称 自动化 年 级 2010 级 学生姓名 指导教师 高 教授 2014 年 5 月 10 日 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 基于 Proteus 的 Contex-M3 的数据采集系统设计 摘要 给出了一种基于 PROTEUS 仿真实现的数字温度采集系统设计。系统以Cortex-M3 芯片和数字温度传感器 DS18B20 为基础，进行温度采集。通过PROTEUS 对温度采集系统的工作过程进行模拟，以检 验和
2、评估设计的可行性和稳定性，是一种有效可行的仿真方法。 关键词 : PROTEUS， cortex-M3, DS18B20 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) Design of data acquisition system of Proteus based on Contex-M3 ABSTRACT Author: Daoqi Sun Tutor: Runjing Zhou Design of a digital temperature acquisition system based on PROTEUS simulation is given. The system is based
3、 on the Cortex-M3 chip and digital temperature sensor DS18B20, temperature acquisition. By simulating the working process of PROTEUS on the temperature acquisition system, the feasibility and stability of the system test and evaluation, is a kind of simulation method is effective and feasible. Key w
4、ords: PROTEUS， cortex-M3, DS18B20 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 目录 1 绪论 . 6 1.1 研 究背景和意义 . 错误 !未定义书签。 1.2 图像处理软件研究现状 . 错误 !未定义书签。 1.3 研究主要内容与论文结构 . 错误 !未定义书签。 2 混合编程与编程方法选择 . 6 2.1 软件简介 . 7 2.2 VC 与 MATLAB 混合编程 . 8 2.2.1 MCC 编译器法 . 错误 !未定义书签。 2.2.2 Matcom 编译法 . 错误 !未定义书签。 2.2.3 调用 MATLAB 引擎法 . 错误 !未定义书签。 2.2.
5、4 三种混合编程的比较 . 错误 !未定义书签。 2.3 编程方法选择 . 错误 !未定义书签。 2.4 小结 . 9 3 牧草识别分类系统设计与算法 . 错误 !未定义书签。 3.1 系统开发平台 . 错误 !未定义书签。 3.2 系统设计与算法 . 错误 !未定义书签。 3.2.1 牧草叶片图像预处理 . 错误 !未定义书签。 3.2.2 牧草纹理特征提取 . 错误 !未定义书签。 3.2.3 牧草种类识别 . 错误 !未定义书签。 3.3 小结 . 10 4 系统用户界面工程创建及界面介绍 . 17 4.1 工程创建 . 错误 !未定义书签。 4.1.1 libeng.lib 和 lib
6、mx.lib 文件的生成 . 错误 !未定义书签。 4.1.2 创建基于 MFC 的 Dialog 工程 . 错误 !未定义书签。 4.1.3 VC 环境设置 . 错误 !未定义书签。 4.1.4 VC 读取 excel 表格中数据并显示的相关设置 . 错误 !未定义书签。 4.1.5 VC 读取 txt 文件中的字符串并输出的设置 . 错误 !未定义书签。 4.2 牧草纹理分析系统用户界面简介 . 错误 !未定义书签。 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 4.2.1 登陆界面 . 错误 !未定义书签。 4.2.2 系统主界面 . 错误 !未定义书签。 4.2.3 参数分析界面 . 错误
7、!未定义书签。 4.3 实例分析 . 错误 !未定义书签。 4.4 小结 . 错误 !未定义书签。 总结 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 22 参考文献 . 23 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 6 页 1 绪论 一个基本的温度采集系统包括温度的采集和显示，按照传统的模式，先根据控制系统要求设计原理图、 PCB 电路图绘制、电路板制作、元器件焊接等操作，然后再进行软件编程与烧录，软件可以模拟调试，牵涉 到硬件调试或整个系统的调试是在整个硬件系统焊接完成后进行的，若设计过程中有纰漏需要修改硬件，就需重新制板，成本和开发周期将相应增加。据此， Proteus 软件可以完全脱离硬件平
8、台进行嵌入式系统虚拟开发，通过各虚拟仪器构建硬件电路，调试 ADS 中生成的软件程序，达到虚拟硬件调试系统调试程序的目的，为后续实际软硬件系统的设计提供实践理论依据。英国 Labcenter electronics 公司开发的 EDA 工具软件 Proteus 软件，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，支持 Philips 公司系列的 ARM（ LPC 系列），并能够进行 SCH（原理图）和PCB（印刷板）电路的设计。虽然自身只带汇编编译器，不支持 C 语言，但可通过与 Keil，ADS 集成开发环境连接，实现软、硬件结合的系统仿真，获的较好的仿真效果。 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计
9、) 第 7 页 2 cortex-M3 内核结构特性及 lm3s315 芯片简介 2.1 cortex-M3 内核结构特性 本系统使用了 ARM 的 Cortex-M3 核。它是一个低功耗的 32 位中央处理单元。具有数目少，中断延迟短，调试成本低的特点，它是一个高效的哈佛三级流水线核，一个固定的 4GB 储存映 射。支持 16/32 位的 Thumb-2 指令集。其特性也包括使用硬件除法指令和低延迟中断服务程序 ISR 入口和退出特性。 Cortex-M3 处理器支持两种工作模式，线程模式和处理模式 . 在复位时处理器进入线程模式，异常返回时也会进入该模式。特权和用户（非特权）代码能够在线程
10、模式下运行。出现异常时处理器进入处理模式，在处理模式中，所有代码都是特权访问的。 Cortex-M3 处理器有两种工作状态： Thumb 状态：这是 16 位和 32 位半字对齐的 thumb 和 thumb-2 指令的正常执行状态。调试状态：处理器停机调 试时进入该状态。 Cortex-M3 处理器有 32 位寄存器 Cortex-M3 处理器内核采用 ARMv7-M 架构，其主要特性如下： Thumb-2 指令集架构（ ISA）的子集，包含所有基本的 16 位和 32 位 Thumb-2 指令。 2 位单周期乘法 ISR 的低延迟进入和退出：无需多余指令就可实现处理器状态的保存和恢复。在保
11、存状态的同时从存储器中取出异常向量，实现更加快速地进入 ISR。中断控制器的紧密式耦合接口，能够有效地处理迟来中断。采用末尾连锁（ tail-chaining）中断技术，在两个中断之间没有多余的状 态保存和恢复指令的情况下，处理背对背中断（ back-to-back interrupt）。可中断 -可继续（ interruptible-continued）的 LDM/STM， PUSH/POP。 ARMv6 类型 BE8/LE 支持 ARMv6 非对齐访问 Cortex-M3 处理器包含： 13 个通用的 32 位寄存器，链接寄存器 (LR)程序计数器（ PC）程序状态寄存器， xPSR，两个
12、分组的 SP 寄存器 Cortex-M3 处理器在数据加载 /存储的同时能够执行指令取指。存储器访问由下面的部件控制：一个独立的加载存储单元 （ LSU），与来自 ALU 的加载和存储操作是分离的。一个 3 字的入口预取指单元（ entry prefetch unit）。一次取一个字。在取这个字时，可以使用 2 种 thumb 指令，字对齐的 thumb-2 指令或半字对齐的 thumb-2 指令的高 /低半字。所有来自内核的取地址操作都是字对齐的。如果是半字对齐的，则需要两次取指操作才能完成 thumb-2 指令的取指。而 3 字入口的预取指缓冲区确保了只有第一个被取出的半字的 thumb-
13、2 指令才需要一个暂停周期（ stall cycle） 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 8 页 。 图 2.1 cortex-m3 内核结构 2.2 Lm3s315 特性 该 lm3s315 微控制器包括以下产品特点： 32 位 RISC 的性能 32 位 ARM皮质 M3 v7m结构优化的嵌入式应用，系统（ SysTick 定时器），提供了一个简单的， 24 位清楚写，递减，裹在零一个灵活的控制机构，拇指 兼容的 thumb-2-only 指令集处理器为核心高代码密度 25 兆赫操作硬件划分和单周期乘法，集成的嵌套向量中断控制器（ NVIC）提供确定性的中断处理， 23 中断八优
14、先级，存储器保护单元（ MPU），提供受保护的操作系统特权模式功能，未对齐的数据 访问，使数据能够被有效地装入内存，原子位操作（位带），提供最大的内存利用率和简化外围控制。 内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 9 页 图 2.21 lm3s315 微控制器引脚图 2.3 小结 本章通过介绍 cortex-M3 内核结构特性及 lm3s315 芯片，学习和了解了主控微处理器的基本特性和结构，为以后在 proteus 中仿真设计原理图打下基础。内蒙古 大学本科毕业 论文 (设计 ) 第 10 页 3 数据采集系统介绍 3.1 数据采集理论概述 3.1.1 采样定理 数据采集系统所要采集的信
15、号一般为传感器的输出信号，多为连续的电压信号或电流信号，而要使其变为能够被数字系统处理的信号，必须 对其进行离散化，也即采样来的信号波形。采样是由采样器来进行，采样器即是一个开关，每隔时间 T 接通开关，输入信号进入采样器，所以只在开关接通时间内的输入信号的一些小段内采样器才有输出信号，原输入信号的取样就是接通时的信号小段，这样采样器的输出信号就可以看成是由原信号和开关函数的乘积，而且开关函数在接通时间段内对原函数没有影响。单位冲积函数是一条条高度为 1 的位于时间点上的直线，所以一般选取单位冲激序列作为开关函数，原函数经单位冲激函数开关接通后，也即是采样后，得到的采样函数就是由位于时间点上的原始函数的函 数值的离散的点，如图 1 所示采样的模型。 f(t)为原始连续信号， (t)为周期性单位冲激脉冲序列， fs(t)为采样信号。 3.11 采样模型 在时域中， f (t)、 (t)和 fs(t) 三个时间函数存在如下的关系：
