基于ARM的高速高精度数据采集系统设计Word下载.doc
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ARM，S3C44B0X，数据采集系统，AD7663
TheDesignofHighspeedandHighprecisionDataAcquisition
SystemBasedonARM
ABSTRACT
Inrecentyears,withcomputertechnology,electronictechnologyandtechnology
development,howtocollectandprocessthedatabecomesmoreimportant.Thespeedandaccuracyofdatacollectionarethetwomaindirectionsofthedataacquisitionsystem.MCU,ARM,DSPandothermicroprocessorsarewidelyusedprovidesaneffectiveplatformfordataacquisitionsystem.Highspeedandhighprecisionsignalacquisitionaswellastheresearchanddesignofcollecteddataisthemaintaskofthisproject.
BasedontheARM7S3C44B0Xthispaperintroducesthedesignandimplementofahighspeed，highaccuracy，multiplechanneldataacquisitionsystem.UsingrichfunctioninterfaceandhigheroperatingfrequencyofS3C44B0Xachievessignalacquisitionanddataprocessingfunctions.Thisarticledescribestheresearchstatusanddevelopmenttrendofthedataacquisitionsystem,selectsthemainchipsofthesystemandtheAD7663analogdigitalconverter.Accordingtothemodularidea,thesystemisdividedseveralfunctionalunitsandanalyzeseachfunctionalmoduleandprovidesaschematicdiagramandgeneraldiagram.Somepointofviewtothedesignofthehighaccuracydataacquisitionsystemwasputforwardattheendofthisarticle.
Thesystemhaslowcost,lowpowerconsumption,recognitionperformanceisstrongandintelligentdegreeinhigheradvantages,whichhasrelativelybroadapplicationprospects.
KEYWORDS:
ARM,S3C44B0X,DataAcquisitionSystem,AD7663
5
目 录
前 言 1
第1章绪论 3
1.1课题的背景及研究意义 3
1.2国内外研究现状和发展趋势 4
1.3论文的主要内容 5
第2章数据采集系统的总体设计 7
2.1数据采集的相关原理 7
2.1.1数据采集系统基本构成 7
2.1.2数据采样原理 8
2.2多路数据采集系统的总体方案 9
2.2.1数据采集系统设计目标 9
2.2.2系统的整体设计 9
第3章数据采集模块的硬件设计与实现 13
3.1多路开关及信号调理模块设计 13
3.1.1信号调理模块 13
3.1.2多路开关的选择 14
3.2模数转换模块 15
3.2.1信号驱动放大器信息 15
3.2.2基准电压源ADR421 16
3.2.3模数转换芯片的选择 16
3.2.4模数转换芯片AD7663介绍 19
3.3存储模块设计 20
3.3.1存储模块电路设计 20
3.3.2硬件和存储器设置 23
3.4键盘模块设计 23
3.4.1键盘线路模块设计 24
3.4.2寄存器的设置 24
3.5显示模块的设计 25
3.5.1LCD接口电路的设计 25
3.5.2LCD控制寄存器的设置 27
3.6时钟电路的设计 28
3.7ARM处理器的选择 29
3.7.1S3C44B0X的结构介绍 29
3.7.2S3C44B0X芯片介绍 30
3.7.3S3C44B0X芯片引脚介绍 31
第四章数据采集系统的软件设计 36
4.1主程序流程 36
4.2数据转换程序 39
4.3键盘程序扫描程序 41
结 论 45
谢辞 46
参考文献 47
附 录 49
外文资料翻译 55
前 言
随着数字化时代的来临，数字信号的处理技术已经渗透到人们生活的方方面面，化工、医学、工业及科研等各个领域中，都必须对相应的信号进行检测与处理。
人们通常根据采样定理将传感器传送来的模拟信号转换成数字信号，再对这些数字信号进行处理。
数据采集可以说是数字信号处理的核心，数据采集的好坏将直接影响未来的工作。
数据采集的目的在于测量电气信号或物理量，如电压、温度、压力、流量、液位等。
一个完整的数据采集系统应当包括信号、传感器或执行机构、信号调理、数据采集设备和软件等部分。
社会的发展和科技的进步使信号处理系统的智能性越来越强，实时性越来越好，数据采集的精度和速度也越来越高，对数据采集系统提出了更高的要求。
除了基本数据采集的功能外，还必须针对不同行业领域、不同的现场环境实现多种工作模式、多种量程范围、多种控制方法、多种数据传送和显示方式以及实时时钟的功能等，因此，数据采集仪器仪表的种类繁多，更新的速度越来越快。
通用的数据采集系统不能满足专门的场合，这就迫使许多公司开发出各种专用的数据采集系统。
近年来，嵌入式系统在通讯、工业控制等领域的应用，使嵌入式技术得到了极大的发展。
以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可剪裁、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统叫做嵌入式系统。
嵌入式微处理器的功能越来越强大，可以满足大部分数据采集的要求，为了便于开发，有些微处理器还集成了AD和DA单元。
一些微处理器还集成了多种通讯接口和寄存器，可以根据不同的场合进行扩展。
目前嵌入式应用技术是科研人员开发的热点和重点之一。
本文设计了基于ARM7S3C44B0X处理器的一种高速、高精度、多通道数据采集系统，利用ARM7S3C44B0X丰富的功能接口和较高的工作频率，实现对信号的采集和数据处理的功能。
并介绍了数据采集系统的国内外研究现状和发展趋势，对本系统的主要芯片进行了选型。
根据模块化的思想，将系统化分成各个功能单元并对各个功能模块进行分析。
其中对五个模块的电路设计予以详细的分析介绍。
随后文章详细分析了系统的硬件设计，并提供了原理图和总体电路图，同时编写了程序。
最后提出了关于高速高精度数据采集系统设计的观点。
第1章绪论
1.1课题的背景及研究意义
随着工业技术的发展，数据采集装置具有越来越广泛的应用领域。
在工业生产过程中，受产品质量、生产成本等多方面因素影响，通常需要对工业现场的一些参数进行监控。
数据采集装置是解决这一问题的有效手段。
在科学研究中，应用数据采集装置可获得被测对象的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具,也是获取科学奥秘的重要段之一。
在生产实践中，为了得到我们需要的数据，通常需要将一些由传感器输出的模拟信号转换成数字信号。
再通过计算机或者处理系统进行相应的处理。
这种过程即被称为数据采集。
数据采集装置在各个领域被广泛应用，己渗透到了工业现场、地质勘测、医药器械、电子通信、航空航天等各个领域，为人类更好的获取各种信息提供了便利的条件[1]。
传统的数据采集装置，都是针对特定的要求研制开发的，应用范围窄。
对于新的需求，数据采集装置需要进行重新设计，浪费了时间和精力。
同时数据采集的高精度特性越来越受到重视，在航空航天、导航系统、环境监测等很多领域都需要应用高精度的数据采集装置。
因此设计一款通用的高精度数据采集装置就显得尤为重要。
网络化技术是数据采集发展的另一个重要技术。
随着工业技术的飞速发展，要求测试和处理的信息量越来越大，而且被测对象的空间位置分散，测试任务复杂，测试系统庞大，测试单元数量多，各个测试单元与主控计算机的数据交换量越来越大。
同时由于工业现场的恶劣条件，远程监控显得越来越重要随着这些重要行业对自动化，可靠性要求的提高，传感器技术的长足发展，信号处理和信息分析技术的提高，对于被采集后的数据的精确性要求也随之提高。
因此数据采集装置网络化和远程化的要求也越来越受到重视。
综上可知，研究通用化高精度数据采集技术和网络技术，可以有效提高生产管理的自动化水平，对于提高我国劳动生产率和推动经济发展具有非常重要的意义[2]。
1.2国内外研究现状和发展趋势
上个世纪50年代，数据采集装置开始出现。
以美国研制的数据采集测试系统为代表，该系统主要应用于军事领域。
目的是数据采集装置使用中不依靠相关的测试文件，可以由对该数据采集装置不是十分熟悉的人员进行操作。
装置灵活性好，并且可以自动规划完成采集任务。
同时使得很多应用传统方法无法完成的采集任务得以解决，从而获得了初步的认可。
上世纪80年代，随着计算机的普及，开始出现通用的数据采集装置，这个时期的数据采集装置主要由采集器、接口总线和控制计算机组成。
所使用的接口总线以GPIB为主要代表。
80年代后期，数据采集装置主要由工控机、单片机和集成电路组成。
将部分硬件由软件代替，降低了成本和体积，而性能大大增加。
上世纪90年代后，发达国家的数据采集技术已经广泛应用于军事、航空航天和工业领域。
随着集成电路技术的发展，出现了高性能的单片数据采集系统（DAS）。
DAS的分辨率可达16位，采样速度达每秒几十万次。
数据
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