基于ARM与OS的嵌入式温度控制系统设计.docx

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基于ARM与OS的嵌入式温度控制系统设计

分类号：

——Ｃ：

——ＵＤ密级：

编号：

工学硕士学位论文基于ＡＲＭ与ｇＣ／ＯＳ．ＩＩ的嵌入式温度控制系统设计硕士研究生：

张琳琳

指导教师：

张爱筠高级实验师学位级别：

工学硕士学科、专业：

控制理论与控制工程所在单位：

自动化学院论文提交日期：

２００８年１月３日论文答辩日期：

２００８年３月６日学位授予单位：

哈尔滨工程大学

哈尔滨．１：

程大学硕十学何论文

摘要

温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，适用于家电、食品、汽车、材料、电力电子等行业。

同时嵌入式系统作为实现设备小型化、智能化和自主知识创新的重要元素，目前在国防、航空、交通、能源、工业、通信和人们日常生活等各个领域，越来越发挥着极其重要的作用。

本文将嵌入式与温度控制系统结合，设计了一个实用的嵌入式实时温度控制系统，并说明了其系统组成和软、硬件的设计方法。

该系统的特点是具有快速的采集和响应速度、低功耗。

本文内容主要包括以下部分：

。

１．温度控制系统的历史、现状、发展趋势及本课题的研究内容。

２．简单介绍了嵌入式系统及其设计开发的基本知识、ＳＡＭＳＵＮＧ公司的以ＡＲＭ７ＴＤＭＩ为内核的处理器Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ和实时操作系统｝，ｔＣ／ＯＳ．ＩＩ体系结构和内核。

３．硬件方面制定了系统核心板和温度控制系统外围电路的设计方案。

系统核心板包括系统模块、存储器模块、人机交互模块三部分；外围电路包括温度检测电路和功率控制电路两部分。

４．软件方面编写了Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ的启动代码、１．ｔＣ／ＯＳ．ＩＩ向Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ的移植代码、嵌入式温度控制系统的应用程序及相关流程等。

５．本系统成功运行后的结果显示和心得。

关键词：

温度控制系统；Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ；ｇＣ／ＯＳ—ＩＩ；增量式ＰＩＤ控制

哈尔滨Ｉ：

稗人学硕十学能论文

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｌｏｔｓｏｆｄｏｍａｉｎｓｉｎｓｏｃｉａｌｌｉｖｅｓ，ｗｈｉｃｈｆｉｔｓｆｏｒｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｓｕｃｈａｓｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｐｐｌｉａｎｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｆｏｏｄｓｅｒｖｉｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｍａｔｅｒｉａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎ．ｅｔｃ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｒｅａｌｉｚｅｄｅｖｉｃｅａｎｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｗｈｉｃｈａｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｌｅｍｅｎｔｔｏｉｓｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｎｄｓｅｌｆ－ｋｎｏｗｌｅｄｇｅｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐｌａｙｅｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｒｏｌｅｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｎａｔｉｏｎａｌ

ｓｏｃｉａｌｌｉｖｅｓ．

Ｕｎｉｔｉｎｇｅｍｂｅｄｄｅｄａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ａａｐｐｌｉｅｄｅｍｂｅｄｄｅｄｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｄｅｆｅｎｓｅ，ａｖｉａｔｉｏｎｓ，ｔｒａｆｆｉｃ，ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ。

Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｉｎｇａｎｄｉｔｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｐｅｅｄｏｆｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｐｏｎｄ，ｌｏｗｐｏｗｅｒａｒｅｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｈｉｇｈａｒｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

ｆｏｌｌｏｗｓ：

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ

１．Ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙ、ｓｔａｔｕｓａｒｅａｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｔｅｎｔａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

２。

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｂｒｉｅｆｌｙｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｂａｓｉｓｋｎｏｗｌｅｄｇｅｉｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、ｔｈｅＳＡＭＳＵＮＧｃｏｍｐａｎｙ’ＳＳ３Ｃ４４ＢＯＸｗｉｔｈＡＲＭ７ＴＤＭＩｋｅｒｎｅｌ、ｔｈｅ

ｓｙｓｔｅｍｐｃ／ｏｓ—ＩＩｓｙｓｔｅｍ．ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｋｅｒｎｅｌｆｒａｍｅｏｆｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｏｐｅｒａｔｉｎｇ

３。

Ｉｎｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｓｐｅｃｔｓ，。

ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｄｅｓｉｇｎｂｏａｒｄｓｙｓｔｅｍｐｒｏｊｅｃｔｏｆｋｅｙａｎｄｔｈｅｅｘｔｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅｋｅｙｂｏａｒｄｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓｓｙｓｔｅｍｍｏｄｕｌｅ，ｍｅｍｏｒｙｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｈｕｍａｎ—ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｅｘｔｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｉｎｃｌｕｄｅｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ．

４．Ｉｎｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｓｐｅｃｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃｏｍｐｉｌｅｔｈｅｓｔａｒｔ—ｕｐｃｏｄｅｓｏｆＡＲＭ７、ｒｅｐｌａｎｔａｔｉｏｎｃｏｄｅｓｏｆｒｔｃ／ｏｓ－ＩＩｔｏＳ３Ｃ４４ＢＯＸ、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｓｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｒｅｌａｔｉｖｅｃｈａｒｔｓ。

哈尔滨一ｒ程人学硕十学位论文

５。

ＲｅｓｕｌｔｓａｆｔｅｒｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｒｕｎｎｉｎｇａｎｄｗｈａｔＩｈａｖｅｌｅａｒｎｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

．ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ；Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ；ｒｔｃ／ｏｓ－ＩＩ：

ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

哈尔滨工程大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的尊有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。

除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者（签字）：

缓冰璐日期：

砌年三月

哈尔滨ｒｊ稃大学颂十学傅论文

第１章绪论

｛．｛课题背景与意义

温度的测量和控制在工业生产中获得了广泛的应用，尤其是在石油、化工、电力、冶金等重要工业领域幸担负着报重要的测控任务。

温度检测在工农业生产、国防、科研以及同常生活等领域占有恿要的地位，本论文完成的是温度控制系统的设计与实现。

，

温度控制系统要求温度控制能够按照设定的变化规律自动改变，具有自适应和自学习的能力。

随着科技的同益发展，出现了智能温度控制系统，普遍地采用５ｌ单片视为核心的湓度采集和控制系统，基本上可以满足大部分的需求，但是对于一些要求测量精度高、控制精度高、实时性要求高、控制算法比较复杂的温度控制系统，单片视就不能满足要求了，这就要求高精度和高速度的处理器。

随着技术的发展，３２位ＡＲＭ微处理器系统广泛地应用于信息家电、网络遥信和工鲎控豢《等各个领域，也满足以上的高技术指标要求。

采用嵌入式设计的温度控制系统具有较高的控制精度，而且实时性好，能进行复杂的算法运算，体积也大大减小，有着非常人性化的操作界丽，因此有着很好的前景。

目前迫切需要从理论上进行系统研究，采用新技术来开发和研制功能更全、产品质量更高、运行更加可靠的新型温度控制系统，从而实现水温控制的全面信息化，所以本课题的研究既有一定的学术意义，又有一定的实用价值。

１．２温度控制系统的发展概况

温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。

期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。

冒藏智能溢度控制系统广泛应焉于社会生活、工业生产的各个领域，适用于家电、汽车、材料、电力电子等行业，成为发展圈民经济的重要热工设备之一。

在现代化的建设中，能源的需求菲常大，然丽我国的能源利用率极低，所以实现温度控制的智能化，有着极为重要的实际意义。

常用的控制系统根据应用场合和需要的性能指标的不同而有所不同。

传１

蹬苯溪：

Ｆ程大学硕士学健论文

统的继电器调濑电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良嚣影响正鬻工佟ｆ｜ｌ。

文献提出改进煞逮路，粟焉主圆路无燃点控制，克服继电器接触不良的缺点，髓维修方便。

缺点是温度控制范嗣小，精度不高。

隧着科学投术的发展，如今又提出ＴＰＩＤ控制算法（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｒｒａｌＤｅｒｉｖａｔｉｖｅ）、基予褥经瓣络、模糊控裁、遗传算法以及褶互结合等方法来研究。

ＰＩＤ控制算法是目前社会上鬻遍应用的控制算法。

神经网络控制是一种人工餐藐技术，是一稀采震数蓬模型嚣方法搂拱生物毒霉ｌ经缀麓结椽及黯蔷惑的记忆和处理黼工程的信息处理方法【，】。

它用大量简单的处理单元广泛连续形成备耱复杂醚络，撬挢缝梅算法冬异，其幸误差反彝传攒冀法≤帮ＢＰ算法》应用最为广泛渊。

模糊控制是基予模糊逻辑描述一个过程的控制算法例。

它邋震于控制不易取褥精确数学模型靼数学模型不确定或经常变化的对象。

遗传算法（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｓ．简称ＧＡ）是模拟达尔文的遗传选择帮叁然淘汰的生物进化过程的全局化搜索算法。

引入了如繁殖交叉和变异等方法在所求解的蠢逶空闻上进行垒霆翳并行斡篷撬酶搜索傥诧，朝垒蔫最饿纯方窥收敛。

基于遗传簿法温度控制系统的设计就是将传感器得到的温度信号放大，然后数字纯处理送入攀冀撬，单片辍蔫奠与给霆澡凄进行魄较，用港薏算法寒优诧３个ＰＩＤ参数，然后将控制量输出。

本设计方案采尾的是增量式ＰＩＤ控铡尊法。

该算法送照于控制设冬装骞记忆功能韵场合，当设备从自动（手动）转换到手动（自动）操侔时可实现无扰转换，且设餐运行硼靠性较离，使控制软件其霄良好的模块性和层次性。

｛．３嵌入式系统概述

按照历史挂、本质性、普遍蛙要求，嵌入式系统应定义巍：

ｗ嵌天到瓣象体系中的专用计算祝系统。

“嵌入茬持、“专用性努与“计算机系统嚣燕嵌入式系统的兰个基本要素。

对熬系统则是指嵌入式系统膦嵌入的宿主系统。

嵌入式系统魏特点与定义不溺，它是遵定义串麓三个基本要素褥垒塞寨的。

不同的嵌入式系统戴特点会肖所差异

毒罐嵌入性”懿糯关特点：

密于是嵌入裂对象系统孛，登簇满足薄蒙篆统的环境要求，如物理环境（小型）、电气／气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。

与“专属性＂舱穗关特点：

软、硬磬静裁剪性；满足对象要求的袋

÷２

骧尔溪４Ｆ器丈学硬七学黎论文

小软、硬件配溉等。

与“计算机系统＂的相关特点。

嵌入斌系统必须是能满足对蒙系统控制要求的诗冀梃系统。

与羰土嚣令特点耀蟹瘫，这样蕊诗算撬必须醌嚣有与对蒙系统搁适应的接裔窀路。

嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产最、设备，例如，感含单片机的家用电器、仪器仪袭、工控单元、枧器夫、手撬、戳陵等奇

按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机骤统，都酉黎蠢鹾天式寨麓。

嵌入蕊系统羧形态可分隽设备缓≤互控撬≥、蔽缀（攀板、模块）、芯片级（ＭＣＵ、ＳＯＣ）。

嵌入式系统魁一个嵌入式计算机系统，毽憩，暴畜将嵌天式处理器梅袋～令诗箨撬系统，并器鸯嵌太式瘟赠时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。

嵌入式系统囊硬件秘软件两大部分缒成。

嵌入戏系统的硬件部分，包撼处理器产徽楚莲器、存藉器及羚设器静和ｔ／Ｏ端霉、瑟形控制器等。

嵌入式系统有别予一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，纛大多蕊震ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、或舞存（ＲａｓｈＭｅｍｏｒｙ）睡舞夺键奔囊。

软件部分包括操作系统软件（ＯＳ）（要求燕时和多任务操作）和应用程序编程；操棒系统控藩《著壹簇程穿缡攫与硬捧瓣交互箨愿；嚣庭震程穿控裁着系统的遴作和行为。

嵌入式系统与对象祭统密切糕关，其主要技术发展方擞是满避嵌入式成魇要求，不断扩展对象系统要求酾井圈电路＜如ＡＤＣ、ＤＡＣ、ＰＷＭ、霜弱时钟、电源监测、程序遴行监测嗽路等），形成满足对象系统要求的应用系４缝。

鬣入式系统谗秀一个专焉计葵撬系统，要不断蕊诗葵撬应震系统发震。

因此，诃以把定义中的专用计算机系统引伸成满足对象系统蒙求的计算机成焉系统。

１．４嵌入式系统的应用领域

巍入羲系统瑷荬小型、专蔫、易薅繁～霹靠蕊囊熬蒋燕，基羟禚吾簇域得到了广泛的戚用。

｛。

工监控铡；薹予嵌天式葱片骛工鼗囊囊纯设萋吴誊禳大熬发震空运母就传统的工业控制产品耐畜，低端往往采用的是８位单片桃。

但随潜技术的发展，３２整、酗蹙豹微憝理器逐渐戍楚工监控豢《设备的攘心，在寒寒几年３

哈尔滨：

ｌ：

稃人学硕十学位论文

蠹必将获得更大豹发震。

２．交通管理：

在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经在各种运输行业获得了成功的使用。

３。

信怠家电：

这将成为嵌入式系统最大的应雳领域。

冰箱、空调等的鼹络诧、智能纯将军｜领人们的生活步入一个崭新的空闻。

即使不在家里，＋也可以通过电话线、网络进行远程控制。

在这些设备中，嵌入忒系统将大有用武之地。

４。

家庭智麓管理系统：

水、电、煤气表的远程童动抄表，安全防火。

其设备中嵌有专用控制芯片，可以替代传统的入工检查，并实现更高、更准确和更安全的性能。

豳前在服务领域中，一些手持设备已经体现出了嵌入式系统的优势。

５。

ＰＯＳ瞬络及毫子商务：

公共交透无接触智能卡发霉亍系统、公共瞧话卡发行系统、自动售货机、各种智能ＡＴＭ终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。

６。

环境整测；环境鉴测包括水文资料实时监测、防洪体系及求±质量监测、堤坝安全、地震监测网、实时气象信息网、水源和空气污染监测。

在很多环境恶劣、地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。

７．飙器久：

嵌入式芯片熬发展将使枫器入在微型纯、蔫智笺方面的优势更加明显，同时会大幅度降低橇器入的价格，使其在工蛾领域和服务领域获得更广泛的应用。

除了以上这些应用领域，嵌入式系统还有其它方葱的应用。

可以毫不夸张地说，嵌入式系统已经进入到现代社会人们生活酶方方面蕊，可戳说是“无处不程＂，尤其是在控制方面的应用。

所以，开发和探讨嵌入式系统育着十分重要的意义。

｛。

５本课题的研究内容

本课题以温度控制为研究对氖，使用ＳＡＭＳＵＮＧ公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ处理器为核心控制芯片，基于实时操作系统拉ｃ／ｏｓ．ＩＩ，提出系统的整体设计方案，并对系统的软硬释进行７设计与实现。

主要的工作翔下：

１．对嵌入式系统及其设计开发的基本知识进行简单介绍，并详细介绍了４

哈尔滨一ｒ程人学硕士学位论文

ＳＡＭＳＵＮＧ公司的以ＡＲＭ７ＴＤＭＩ为内核的处理器Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ和实时操作系统ｇＣ／ＯＳ—ＩＩ。

２．硬件方面制定了系统核心板的设计方案并设计与制作了温度控制系统的外围电路。

系统核心板的设计包括系统模块、存储器模块、人机交互模块等三部分；外围电路包括温度检测电路和功率控制电路两部分。

３．软件方面设计了ＡＲＭ７的启动代码：

介绍了Ｉ上Ｃ／ＯＳ．ＩＩ系统的体系结构、内核结构并将其成功移植到了Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ上；设计与编制了嵌入式温度控制系统的应用软件，并采用增量式ＰＩＤ控制算法实现对下位机的控制等。

５

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第２章实时温度控制系统的设计方案

●

２．１系统整体设计方案

在嵌入式系统的应用开发中，整个系统的丌发过程如图２．１所示：

图２．１嵌入式系统丌发流程

可见，在应用嵌入式系统丌发的过程中，因为对应于每一个处理器的硬件平台都是通用的、固定的、成熟的，所以在开发过程中减少了出现硬件系统错误的机会。

同时，因为嵌入式系统屏蔽掉了底层硬件的很多复杂信息，使得开发者通过操作系统提供的ＡＰＩ函数就可以完成大部分工作，大大地简化了开发过程，提高了系统的可靠性。

总之，嵌入式系统的开发可以说是把丌发者从反复进行硬件平台的设计过程中解放出来，从而可以把主要的精力放在编写特定的应用程序上。

这个过程更类似于在系统主机上，基于某个操作系统的平台来丌发应用程序№１。

６

晗尔滨下程人学硕士学能论文

；；ｉ蔷黛蕊ｉ宣宣ｉｉｉ宣宣篁蔫嗣葺ｉｉ；ｉｉｉ暑薯警黼ｌｉＦＥｉｌｉｌｉｉｉｉ警鞴ｉｉ

用了ＳＡＭＳ测Ｇ公司的以删７ＴＤＭＩ为内核的处理器Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ，外围电系统ｐＣ／ＯＳ。

ＩＩ，其多任务和可移植性，提高了系统的开发效率；

２．２实时温度控制系统的设计主要分为硬件和软件设计，在硬件上核心板采路分为温度检测电路和功率控制电路两部分。

软件上使用了实时嵌入式操作硬件平台设计方案

２．２。

．１嵌入式处理器

任何微处理器ＭＰＵ或微控制器ＭＣＵ都可以作为嵌入式系统的核。

对于毅型的嵌入式系统的核，要求其具有处理速度快、存储容量大、Ｉ／Ｏ功能强、功耗损耗低以及实时响应快等特点瀚【强。

目前世界上，嵌入式处理器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一般基于这些处理器核生产不同型号的芯片。

嵌入式处理器分为以下凡种：

１．嵌入式微控制器（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ，ＭＣＵ）

嵌入式微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，铁面使功耗和成本下降、可靠性提高。

微控制器是目前嵌入式系统工业控制的主流。

微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。

通常，嵌入式微处理器可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括８０５ｌ、Ｐ５１ＸＡ、ＭＣＳ．２５ｌ、ＭＣＳ．９６／１９６／２９６、Ｃ１６６／１６７、６８３００等。

丽比较有代表性的半通用系列，如支持ＵＳＢ接瑟的ＭＣＵ８ＸＣ９３０／９３ｌ、Ｃ５４０、Ｃ５４１；支持１２Ｃ、ＣＡＮ总线、ＬＣＤ等的众多专用ＭＣＵ和兼容系列。

目前ＭｅＵ约占嵌入式系统市场份额的７０％。

２．嵌入式ＤＳＰ处理器（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＳＰ）

ＤＳＰ处理器是主要用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。

在数字滤波、ＦＦＴ、频谱分析等各种仪器上ＤＳＰ获得了大规模的应用。

嵌入式ＤＳＰ处理器有两类：

１）ＤＳＰ处理器经过单片化、ＥＭＣ改造、增加片上外设成为嵌入式ＤＳＰ处理器，飘的ＴＭＳ３２０Ｃ２００Ｑ忿５０Ｇ§等属于此范畴。

２）在通用单片机或ＳＯＣ中增加ＤＳＰ协处理器，例如Ｉｎｔｅｌ的ＭＣＳ一２９６和Ｉｎｆｉｎｅｏ（ｎＳｉｅｍｅｎｓ）的ＴｆｉＣｏｒｅ。

另外在有关智能方面的应用审，也需要嵌７

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入式ＤＰＳ处理器，例如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ＡＤＳＬ接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。

嵌入式ＤＳＰ处理器比较有代表性的产品是ＴＩ的ＴＭＳ３２０系列和Ｍｏｔｏｒｏｌａ的ＤＳＰ５６０００系列。

ＴＭＳ３２０系列处理器包括用于控制的Ｃ２０００系列、移动通信的Ｃ５０００系列，以及性能更高的Ｃ６０００和Ｃ８０００系列。

３．嵌入式微处理器（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｏｒＵｎｉｔ，ＭＰＵ）

嵌入式微处理器是由通用计算机中的ＣＰＵ演变蕊来的。

它的特征是具有３２位以止的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。

但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和瓷源实现嵌入式应用的特殊要求。

其中ＡＲＭ／ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。

目前主要的嵌入式处理器类型有Ａｍｌ８６／８８、３８６ＥＸ、ＳＣ．４００、ＰｏｗｅｒＰＣ、６８０００、ＭＩＰＳ、ＡＲＭ／ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ系列等。

４．嵌入式片上系统（ＳｙｓｔｅｍＯｎＣｈｉＰ，ＳＯＣ）

片上系统ＳＯＣ是追求产品系统最大包容的集成器件，是譬前嵌入式应用领域的热门话题之一。

ＳＯＣ最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块，而且ＳＯＣ具有极高的综合性，在一个硅片内部运用ＶＨＤＬ等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。

用户只需要使用精确的语言，综合时序设计，直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然震通过仿真就可以直接交付芯片厂商进行生产。

由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减少了系统的体积和功耗，面且提离了系统的可靠性，提高了设计生产效率。

ＳＯＣ可分为通用和专用两类，通用ＳＯＣ如Ｉｎｆｉｎｅｏｎ（Ｓｉｅｍｅｎｓ）的ＴｒｉＣｏｒｅ、．Ｍｏｔｏｒｏｌａ的Ｍ—Ｃｏｒｅ，以及某些ＡＲＭ系列器件，如Ｅｃｈｅｌｏｎ和Ｍｏｔｏｒｏｌａ联合研制的Ｎｅｕｒｏｎ芯片等；专用ＳＯＣ一般专用子某个或某类系统中，如ＰｈｉｌｉＰｓ的ＳｍａｒｔＸＡ，它将ＸＡ单片机内核和支持超过２０４８位复杂ＲＳＡ算法的ＣＣＵ单元制作在一块硅片上，形成一个可鸯秘载Ｊａｖａ或Ｃ语言的专用ＳＯＣ，可用于互联网安全方面的应用。

预计不久的将来，一些大的芯片公司将通过推出成熟的、能毒领多数市场的ＳＯＣ芯片。

ＳＯＣ芯片也将在声音、图像、影视、８

哈灸：

滨下程大学硕士学位论文

网络及系统逻辑等应用领域发挥重要作用。

本文采耀的是ＡＲＭ７嵌入式微处理器。

２．２。

２硬件平台概述

实时温度控制系统硬件平台主要基于ＥｍｂｅｓｔＥｄｕｋｉｔ－ＩＩＩ开发板硬件系统，这是一款ＡＲＭ开发板，基于Ｓａｍｓｕｎｇ公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ处理器（ＡＲＭＴＤＭＩ内核），资源丰富。

硬件系统包括串口模块、Ａ／Ｄ模块、大容量ＦＬＡＳＨ、ＬＥＤ、５ｘ４键盘、ＬＣＤ、ＳＤＲＡＭ和蜂鸣器等，完全可以满足本系统的要求。

实时温度控制系统硬件框图如图２．２所示。

图２．２基于ＡＲＭ微处理器的温度控制系统硬件框图

下面简单介绍系统使用的各单元模块。

２。

２．２．１Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ

＋三星公司的Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸｌ６／３２位ＲＩＳＣ微处理器为手持设备以及一般应用提供了一个成本低廉而又功能强大的微控制器解决方案１７１１８１。

为了降低系统功耗，Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ还提供了如下功能模块：

８ＫＢ的Ｃａｃｈｅ，可供选择的内部ＳＲＡＭ，ＬＣＤ控翻器，２个可以实现握手协议的ＵＡＲＴ，４个ＤＭＡ，系统管理功能（片选逻辑，ＦＰ甩ＤＯ／ＳＤＲＡＭ控制器），带有ＰＷＭ的６个定时器，Ｉ／Ｏ口，ＲＴＣ，８通道的１０位宽度的恕Ｄ转换器，ＩＩＣ总线接叠，ｌ至Ｓ总线接爨，同步ＳＩＯ接露和隽定时器提供的时钟ＰＬＬ。

结构框图如图２．３所示。

９

哈尔滨丁程大学硕十学位论文

１

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系统总线控制器总线仲裁

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总线接口存储控制器

图２．３Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ结构框图

Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ提供了完整的通用外围设备，这样它就使系统的功耗降到最小，而且也不必去配置额外的一些模块了，其片上功能如下：

１．

２．５

Ｖ的ＡＲＭ７ＴＤＭＩ内核，带有８Ｋ的高速缓冲器（ＳＡＭＢＡＩＩ总线体系

结构，主频高至６６ＭＨｚ）。

２．

外部存储器控制器（ＦＰ／ＥＤＯ／ＳＤＲＡＭ控制，片选逻辑）。

通用ＤＭＡ，２通道外设并具有外部请求。

ＵＡＲＴ通讯，带有握手协议（支持ＩＲＤＡｌ．０，具有１６．ｂｙｔｅＦＩＦＯ）／ｌ通

３．ＬＣＤ控制器（最大支持２５６色的ＳＴＮ，ＬＣＤ具有专用的ＤＭＡ）。

４．５．

道Ｓ１０。

６．７．８．９．

１通道多