基于ARM的数据采集系统学位论文Word下载.docx
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另一方面，数据采集则是信号与信息处理的关键，在军工和民用中得到了广泛应用。
两者的相互结合，将是未来自动控制领域的发展趋势。
因为将嵌入式技术引入到数据采集系统中，不但大大提高了系统的实时性和灵活性，而且还能满足日益提高的自动测量需求。
本文的研究正是基于上述考虑而进行的基于ARM的嵌入式数据采集与显示系统研制。
在兼顾通用性和可扩展性的条件下，设计了以ARM处理器和可编程逻辑器件FPGA为核心的数据采集系统。
该系统主要由两个部分组成：
系统主控核心板和实现各外围功能的扩展板。
核心板由微处理器ARM、扩展内存以及直流电源模块组成，主要用来控制各相关外围功能器件的正常工作；
扩展板主要由可编程逻辑器件FPGA、模数转换器、显示器接口以及串口等组成，可进行多通道多参数的采集、存储、传送和显示。
软件设计上，编写了Bootloader，完成了基于Xmodem协议的传输方式，开发了触摸屏和彩色LCD的驱动程序，移植了uC/GUI图形用户界面，实现了抢占式实时操作系统uC/OS-II在该平台上的运行。
最后对采集到的数据进行了基于小波变换的数字信号处理，得到了满意结果。
关键词：
嵌入式系统；
ARM；
数据采集；
FPGA；
小波变换；
Abstract
Developmentofembeddeddataacquisitionanddisplayingsystem
basedonARM
ZhangLei
DirectedbyProf.JiangHaihe
Withthedevelopmentofcomputertechnologyandafter-PCtimescoming,theembeddedtechnologyplaysveryimportantrolesinbothindustrialproductionandscientificexperiment.Ontheotherhand,Dataacquisitionisthekeyprocedureininformationandsignalprocessing,andhasbeenappliedwidelyinbothwarindustryandcivil.Embeddedsystemisoneoftheleading-edgetechnologiesnowadays.Itcanbeusedtoenhancereal-timefeatureandflexibilityofthesystem,soastomeettheincreasingautomatemeasurementneeds.ThestudyofembeddeddataacquisitionsystembasedonARMissuchacase.
Consideringuniversalityandexpansibility,wehavedesignedthisdataacquisitionsystem,mainlybasedonARMprocessorandFPGA.Thesystemconsistsoftwomainparts:
mainboardandperipheralboard.Thefunctionofmainboardistocontrolperipheralparts,andthemainboardiscomposedofARM,extendedmemoryandDCpower.ThenthereareFPGA,ADC,interfaceofLCDandUARTintheperipheralboard,whichisusedtoacquire,store,transmitanddisplaydata.Insoftwaredesign,BootloaderandprotocolbasedonXmodemhavebeenfinished.Inaddition,thedriversofthetouchscreenandLCDhavebeenalsodeveloped.Thefriendlyman-machineinterfaceisobtainedbyusingtheuC/GUI.Furthermore,theuC/OS-II,asareal-timepreemptivemultitaskingoperatingsystem,hasbeentransplantedtothehardwareplatform.Intheend,wavelettransformationisappliedtoresolveoverlappeddatasignalandasatisfyingresulthasbeenachieved.
KeyWords:
Embeddedsystem;
ARM;
Dataacquisition;
FPGA;
Wavelettransformation;
目录
摘要ii
Abstractiii
第一章绪论1
1.1选题背景1
1.2论文研究的主要内容2
1.3论文的创新点及研究目标2
1.4本论文的组织结构3
第二章系统的总体设计4
2.1系统控制的总体设计4
2.2系统的电路模块介绍4
2.2.1离子迁移谱模块电路介绍5
2.2.2嵌入式控制系统电路介绍6
2.3嵌入式控制器总体设计7
2.4本章小结8
第三章基于ARM的数据采集系统硬件设计9
3.1核心板电路设计9
3.1.1S3C44B0X微处理器9
3.1.2S3C44B0X存储系统10
3.1.3ROM接口电路10
3.1.4RAM接口电路12
3.1.5系统电源设计13
3.1.6晶振及复位电路13
3.1.7JTAG接口电路14
3.1.8触摸屏接口电路15
3.2扩展板电路设计16
3.2.1系统电源电路16
3.2.2UART接口电路18
3.2.3FPGA控制电路18
3.2.4LCD接口电路20
3.2.5模数转换电路22
3.2.6数模转换电路25
3.2.7数字I/O口电路26
3.3本章小结26
第四章系统软件设计27
4.1ARM引导程序设计27
4.1.1Bootloader程序设计27
4.1.2Xmodem传输协议实现32
4.2控制系统主体软件设计34
4.2.1移植uC/OS-II操作系统35
4.2.2FPGA控制ADC的程序设计41
4.2.3应用控制程序的实现45
4.3图形用户界面uC/GUI的移植45
4.3.1设备驱动程序46
4.3.2系统界面设计49
4.4本章小节53
第五章数据分析与处理54
5.1数据分析处理的方法54
5.2数据分析的理论依据55
5.3基于小波变换的应用58
5.4谱峰信号处理软件（VC版）60
5.5本章小节62
第六章离子迁移谱控制应用63
6.1整体工作流程简介63
6.2系统的不足及改进64
第七章总结65
参考文献66
攻读硕士期间发表的论文68
致谢69
第一章绪论
1.1选题背景
随着计算机和微电子技术的进步，嵌入式系统越来越广泛的应用于各个领域。
嵌入式系统采用的是微处理器，可实现相对单一的功能，运行独立的操作系统，所以往往不需要大量的外围器件，嵌入式系统也正朝着网络化、智能化、便携化和人机界面友好等方向发展。
另一方面，随着电子、信息、网络等技术的飞速发展，人们对工业测量的要求也越来越高。
不但要求数据采集的高速度高精度，还要求采集设备便携、可移动、使用方便，以满足远程采集的需要[1]。
因此将嵌入式技术引入到数据采集系统中，不但能提高系统的实时性和灵活性，而且还能满足日益提高的自动测量需求。
目前，传统的单片机测控系统通常是基于单任务机制的。
这种机制具有简单直观、易于控制的优点，然而由于程序只能按单一的顺序执行，缺乏灵活性，在复杂系统中难以胜任，所以必须引入多任务机制，改善程序结构，以满足复杂、实时系统的要求。
由于8/16位MCU资源极度受限，实现多任务系统相对困难。
而32位高性能微处理器的出现很好地解决了上述矛盾，尤其是随着近年来ARM技术的不断成熟，使得32位微处理器的功能更加完善。
首先，它的高速低功耗特性适于便携应用设计。
其次，目前许多32位微控制器都可以使用SDRAM，因此可极大地降低使用大容量数据存储器的成本；
而8位微处理器一般只能使用成本较高的SRAM作为数据存储器。
此外，要求在系统上建立RTOS必然成为一种现实需求，而32位微处理器在设计上就考虑到了对RTOS的支持。
总之，32位处理器的出现，为嵌入式设计带来丰富的硬件功能，使得整个嵌入式系统的升级只需通过软件的升级即可实现[2]。
数据采集和嵌入式技术相结合被广泛的应用，具体涉及到科研实验数据采集系统、交通运输数据采集系统、航空航天数据采集系统、资源勘测数据采集系统、农业数据采集系统等。
基于以上原因，研制了基于ARM的嵌入式数据采集与显示系统，用于对离子迁移谱进行控制。
本系统平台采用基于ARM7技术规范三星公司的S3C44B0X为微处理器，它以很好的性价比和很强的功能得到了广泛的应用。
uC/OS-II系统因层次结构简单易懂且内核完全开放以及强大的外围接口支持，成为理想的嵌入式平台。
所以本数据采集系统以ARM7作为硬件模块并将uC/OS-II嵌入到该平台中去，这样系统在处理多个任务时，就可以通过调度机制进行调度运行。
1.2论文研究的主要内容
基于ARM的嵌入式数据采集与显示系统主要包括两个部分：
系统主控核心板和各外围功能扩展板，工作的主要内容有：
1）阅读了ARM体系结构的相关书籍和资料，根据S3C44B0X的设计原理，结合具体的需要设计了基于ARM的嵌入式系统核心电路板，完成了原理图的设计和PCB版图的绘制。
2）根据实际需要设计了基于FPGA的嵌入式系统外围扩展电路板，完成了原理图的设计和PCB版图的绘制。
同时实现了多通道模拟、数字信号输入、输出的数据采集和控制。
3）在上述硬件平台环境下，编写了用于配置系统硬件，加载、升级固件代码的Bootloader，完成的主要功能有：
系统硬件自检、配置端口与外设、处理系统中断、引导操作系统以及对Flash编程等。
4）针对ARM7TDMI类型处理器，移植了uC/OS-II操作系统。
当同时运行多个任务时，能够进行正确调度。
5）阅读了图形用户界面uC/GUI的源代码，完成了uC/GUI在ARM处理器上的移植，编写了触摸屏和LCD的驱动程序，创建
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