基于ARM的电子点菜系统的设计毕业设计论文.docx

1、基于ARM的电子点菜系统的设计毕业设计论文本科毕业设计(论文)题目：基于ARM的电子点菜系统的设计- 上位机硬件及显示屏软件设计 毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

2、有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万

3、字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于ARM的电子点菜系统的设计-上位机

4、硬件及显示屏设计 摘要无线电子点菜系统是餐馆实行信息化管理的一个重要组成部分，该系统的应用不仅会给餐饮企业带来良好的经济效益，而且为餐饮业的发展掀开了新的篇章。文章首先分析了无线点菜终端上位机系统组成及功能分配，并在此基础上对系统各个组成模块的硬件进行设计。同时本文还有部分软件设计，对显示屏的软件设计。本设计主要以基于ARM-7内核的LPC2294为处理器、嵌入式系统技术、uC/OS-II为嵌入式操作系统、ADS1.2开发平台、GSM无线通信技术以及LCD显示的点菜终端。 关键词：嵌入式系统；uC/OS-II；GSM无线短信；LCD显示屏PC hardware and display soft

5、ware design based on the design of the ARMs electronic ordering systemAbstract The wireless electronic ordering system is an important component of the restaurant to implement information management, application of the system will not only food and beverage companies to bring good economic benefits,

6、 but also opened a new chapter in the development of the catering industry. The article first analyzes the composition nd function of distribution of the host computer system for wireless ordering terminals, and on this basis, the component modules of the system hardware design. Meanwhile, there are

7、 some software design, design of the display software. This design is mainly based on ARM-7 core LPC2294 processor, embedded system technology, uC / OS-II embedded operating system, ADS1.2 development platform, GSM wireless communication technology and LCD display terminal of a la carte. Keywords：Em

8、bedded system; uC/OS-II ;GSM wireless message;LCD display绪论1.1 前言近年来，随着社会的快速发展，人民生活水平的提高和生活方式的改变，餐饮业得以快速发展。电子点菜已发展成一种趋势，不仅降低了人力资源成本，还实现了餐饮业利润的最大化。本设计题目是基于ARM的电子点菜系统的设计-上位机硬件及显示屏软件设计 ，主要内容是利用 ARM作为系统MCU，再加上一些短信接收模块、显示模块等一些必要的外围电路模块组成一个用于显示菜单的信息，并打印出菜单硬件电路系统。1.2课题研究的意义在竞争愈演愈烈的今天，信息科技在各行各业广泛应用的时候，餐饮业却一

9、直徘徊在信息科技的边缘地域。越来越多的餐饮业管理者达成了一种共识：传统的由人工来传递菜单的点菜方式已经不能满足市场的需求。不仅浪时间、效率低下，而且很容易出现错误，从而大大降低服务质量，给企业带来不必要的损失。本文设计电子点菜系统，大大降低人力资源成本，加快各环节之间的数据流通，对企业软环境的档次有较大提高。在以特色服务引客户的同时，有效提高餐饮机构的服务质量和工作效率，为餐饮业创造更多利润。无线点菜终端是众多餐饮管理系统中的组成部分，所使用的技术是嵌入式1。作为专用的计算机系统的嵌入式系统与通用计算机系统相比具有以下特征：系统简练、专用性强、实时操作系统支持、专用开发工具支持。主要考虑了开发

10、者的方便和平台具有高度模块化。而且嵌入式通常采用宿主机/目标机方式，有利于宿主机上丰富的资源及良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件，然后通过串行口或网络将交叉编译生成的目标代码传输并装载在目标机上，然后运行。 其次，嵌入式系统可以支持移动数据库，而移动的结果导致系统的小型化，只有小型化才能嵌入到其他系统，同时又促进了移动。综上所述，无线点菜系统运用嵌入式系统设计的思想，采用目前最先进的嵌入式技术和无线通讯技术，从而实现餐饮企业管理要求。通过无线点菜终端可以降低服务员的劳动强度，提高工作效率，提升餐厅的形象和地位。同时能容易的汇总餐厅的各种数据，并通过计算机的处理能力提供有用的数据。因此，

11、在餐饮业应用嵌入式系统实现无线点菜功能有着积极的意义。1.3国内外发展现况 20世纪70年代以前，餐饮业沿用的服务方式是人工服务。20世纪末，随着新科技的发展，尤其是计算机信息技术的突飞猛进，越来越多的企业意识到餐饮业信息化的重要性。一些餐饮服务系统、餐饮管理系统相继投入使用，给餐饮业注入了新生的血液2。 国外在20世纪70年代，而国内在80年代末诞生了餐饮服务管理系统的雏形。这个雏形是总服务台的服务器PC机、以及和服务器相连接的打印等外围设备，实现的功能都比较简单，主要有：结账、核算、打印收据等基本功能。这个时期餐饮服务管理系统的概念实际上还算不上真正意义上的餐饮管理系统，只是为高科技进入服

12、务行业打开了一道门。80年末90年代初，随着网络技术的迅速发展，餐饮服务管理系统中出现了使用C/S和B/S体系结构的一触摸屏为交互终端点菜系统。20世纪90年代到今天网，网络技术有了很大的突破，餐饮服务管理系统也不例外，开始使用红外、蓝牙、802.11系统等无线技术。目前在我国餐饮管理系统基本上有以下三种形式3。（1）触摸屏+服务器+识别卡 系统有多台触摸屏构成，通过局域网与服务器相连，通过识别卡来确定顾客身份。这种方式需要建立无线局域网，利用数据库技术，动态网页技术，无盘工作站技术，充分利用有线局域网达到满意的服务效果。（2）无线点菜机+无线接入点+服务器+识别卡 这种通信方式采用了有线和无

13、线两种方式的结合，无线方式使用在接入点和点菜机和接入点之间，有线方式用在其他部分的连接。这种技术一般采用红外、蓝牙技术等短距离无线通讯技术，能减轻服务员的负担，降低出错率。（3）无线PDA+无线接入点+服务器 这种形式的系统不受位置和网线的限制，顾客可以随时随地点菜。资源相对比较丰富，可以使用有线局域网的资源。无线局域网的速度最高可达11Mbit/s，极大地提高了工作效率。1.4 论文的结构安排 论文共由6个章节组成，主要内容及结构安排如下： 第1章，绪论。简要说明课题的来源及背景，指明课题研究的意义，并对课题的国内外现状进行分析。 第2章，相关技术介绍。对课题实现的相关技术进行详细的介绍和分

14、析。 第3章，硬件原理图的设计。具体介绍各部分的硬件原理图设计。 第4章，显示屏的软件设计。介绍了环境的搭建，操作系统的移植，软件的程序流程图。 第5章，调试。阐述硬件系统在制作完成后检测和软件编译调试。 第6章，结论。主要包括设计结论，设计收获与体会，设计不足和需要改进的地方。相关技术介绍系统在设计中选用ARM作为微处理器，显示屏的型号选用LCD12864，短信接收模块选用TC35i。通过上位机终端与显示屏的联接进行菜单的显示。2.1 ARM技术介绍ARM 即Advanced RISC Machines的缩写，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术

15、的名字4。1985年4月，第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生，由美国加州SanJoseVLSI技术公司制造。20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。1990年成立了Advanced RISC Machines Limited(后来简称为ARM Limited，ARM公司)。20世纪90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。目前，采用 ARM技术知识产权（ IP ）核的微处理器，已遍

16、及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面5。ARM处理器系列提供的解决方案有： 无线、消费类电子和图像应用的开发平台；存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统； 智能卡和SIM卡的安全应用。当前基于 ARM 技术的微处理器有6个产品系列ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCore和Cortex-M3。其中Cortex-M3内核是ARM新型V7指令集结构系列的微控制器版本。ARM Cortex-M3 处理器为高性能、低

17、成本的平台提供了一个能够满足小存储要求解决方案（minimal memory implementation）、简化管脚数、以及低功耗三方面要求的内核，与此同时，它还提供了出色的计算性能和优越的系统中断响应能力6。其特性主要有以下几个方面：（1）紧凑的内核。（2）Thumb-2指令集，在通常与8位和16位设备相关联的存储容量中，特别是在微控制器级应用的几千字节存储量中，提供了ARM内核所期望的高性能。（3）优越的中断处理能力，通过执行寄存器操作来实现，这些寄存器操作在处理硬件中断时使用。（4）功能齐全的调试解决方案，包括： 串行线JTAG调试端口（SWJ-DP）； Flash 修补和断点（FPB

18、）单元，用于实现断点操作； 数据观察点和出发单元（DWJ），用于执行观察点、触发源和系统性能分析等操作； 仪表跟踪宏单元（ITM），用于支持Printf 类型调试； 跟踪端口的接口单元（TPIU），用作跟踪端口分析仪（TPA）的桥接。目前，在控制领域及信号采集与信息处理等领域，ARM处理器的应用越来越广泛。2.2 液晶显示技术介绍液晶(Liquid Crystal)是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物。如果把它加热会呈现透明的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的Smectic液晶，类似细火柴棒的Nemat

19、ic液晶和类似胆固醇状的Cholestic液晶。这三种液晶的物理特性各不相同，用于液晶显示器的是第二类的Nematic液晶，采用此类液晶制造的液晶显示器被称为了LCD(Liquid Crystal Display)7。 第一台成型的液晶显示媒体出现在1971年，这就是最初的TNLCD(扭曲向列)。尽管当时仅是单色的十分简单的显示工具，但仍在某些领域得到了推广应用。还记得我们的电子表、计算器、掌上游戏机等，它们都是采用了类似的技术。到了80年代初，这一技术开始应用到计算机产品上。1984年，欧美提出了STNLCD(超扭曲向列)，同时TFTLCD(薄膜式晶体管)技术也被提出，但仍不成熟。80年代末

20、，日本掌握了STNLCD的大规模生产技术，LCD工业开始飞跃。1993年，日本又掌握了TFTLCD的大规模生产技术，液晶显示器开始向廉价、低成本的方向发展，随后DSTNLCD(双层超扭曲向列)诞生。另一方面向高端的薄膜式晶体管TFTLCD发展，1997年，日本建成了一大批以550mm670mm为代表的大基板尺寸第三代TFTLCD生产线。 液晶显示器的原理与CRT显示器大不相同，主要特色在于体积小、薄，重量轻，低辐射等。LCD是基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的原理是利用液晶的

21、物理特性。在通电时导通，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得无序，从而阻止光线通过。 2.2.1 TN型液晶显示器的原理9TN液晶显示器是在一对平行放置的偏光板间填充了液晶。这一对偏光板的偏振光方向是相互垂直的。液晶分子在偏光板之间排列成多层。在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于偏光板的。正是由于分子按这种方式排列，所以被称为向列型液晶。另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90。其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。也正是因为液晶分子呈现的这种扭曲排列，而被称为扭曲向列型液晶显示器。一旦通过

22、电极给液晶分子加电之后，由于受到外界电压的影响，分子不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。当液晶分子竖立时光线就无法通过，显示屏上出现黑色。其结果形成透光时为白、不透光时为黑，字符就可以显示在屏幕上了。2.2.2 TFT型液晶显示器的原理9新型的TFT液晶显示器的工作原理是建立在TN原理基础上的。两者的结构亦基本相同，亦采用两夹层间

23、填充液晶分子的设计，只不过把TN上部夹层的电极改为FET晶体管，而下层改为共同电极。但两者的工作原理还是有一定的差别。在光源设计上，TFT的显示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下，而是从下向上。具体做法是在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，它也是借助液晶分子来传导光线。在FET电极导通时，液晶分子的排列状态如TN液晶一样也会发生改变，也是通过遮光和透光来达到显示的目的。所不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再

24、加电改变其排列方式。相对而言，TN就没有这个特性，液晶分子一旦没有施压，立刻就返回原始状态，这是TFT液晶和TN液晶显示的最大不同之处，亦是TFT液晶的优越之处。 在LCD的动态画面显示中，高速移动图像会出现“拖尾”、“重影”等现象，这是由于液晶的响应速度慢于一帧(当帧频为60Hz时，约16ms)造成的，由此形成的一帧结束时的残像在下一帧显现出来。目前TN型器件的最亮态和最暗态间的响应时间一般长于20ms，而中间灰度间驱动的响应时间要长得多。所以要完全满足动态图像显示的要求，响应速度还有待于提高。 随着社会的发展，液晶显示技术的应用越来越广泛，显示技术的发展也越来越高端。2.3 系统方案设计

25、本课题主要内容是利用 LPC2294作为系统MCU，再加上一些短信接收模块、显示模块等一些必要的外围电路模块组成一个用于显示菜单的信息，并打印出菜单的硬件电路系统。主要实现上位机硬件系统设计和显示屏软件程序设计，进行系统总体设计，完成单元电路的设计及系统总体原理图设计；进行显示屏选择并完成显示软件设计；进行系统联调。进而设计形成相应的电路，绘制原理图、PCB图。并编写显示屏的软件设计，对软硬件进行调试。该论文的主要研究工作有：（1）查阅相关资料，熟悉课题的设计思想，并最终确定系统的设计方案。主要查阅的资料有ARM介绍、GSM短信、LCD驱动及显示等相关资料。（2）通过查阅芯片资料来确定芯片的选

26、型，最终完成整个系统硬件电路的设计和绘制，并完成系统的PCB布线。系统中ARM选用LPC2294，LCD显示屏选用12864，驱动为ST7920，GSM短信模块选用TC35i。 根据课题的任务要求及具体的技术指标，采用的整体设计方案如下： 图1 上位机硬件框图上位机硬件框图如图所示，功能是获取点菜信息，并且将菜单信息显示在主界面上。它的硬件部分包括主微处理器，显示部分，按键，无线收发部分，存储部分以及其他基本的外围电路部分（如：复位电路模块，晶振电路模块，电源模块）。系统采用ARM微处理器为核心微处理芯片,显示部分采用LCD液晶屏。按键有三个，分别是上翻页按键，下翻页按键，查询按键。无线收发部

27、分主要通过短信实现，同时下位机也有相对应的短信模块。存储部分要用到两种存储器，FLASH 和SDRAM.单元电路设计3.1硬件功能设计 上位机硬件主要功能是获取点菜信息，并且将菜单信息显示在主界面上。它的硬件部分包括主微处理器，显示模块，按键，短信接收模块，存储模块以及其他基本的外围电路模块（如：复位电路模块，晶振电路模块，电源模块）。各部分的主要功能如下：（1）处理器模块主要是对接收来的数据进行一定的处理，并且是整个系统的控制中心。（2）显示模块主要是通过与MCU的串口连接，显示出菜单的信息。（3）按键主要实现显示内容的翻页，查询。（4）短信接收模块主要对接收的信息进行分析，并送到处理器进行

28、相关处理。（5）存储模块主要是开辟存储空间。（6）电源模块就是为整个系统各个模块提供所需电源的。3.2 处理器电路设计处理器电路设计包括LPC2103芯片所用外围管脚连接、晶振电路设计、去耦电路设计、复位电路设计、JTAG电路设计。下面对每一部分电路设计做详细的介绍。3.2.1 LPC2294微处理器LPC2292/2294 是基于一个支持实时仿真和跟踪的 16/32 位 ARM7TDMI-STM CPU，并带有 256 k 字节(kB)嵌入的高速 Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位

29、 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小。由于 LPC2292/2294 的 144 脚封装、极低的功耗、8多个 32 位定时器、 路 10 位 ADC、2/4(LPC2292/LPC2294)路 CAN、PWM 通道以及多达 9 个外部中断使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。LPC2292/2294 包含 76（使用了外部存储器）112（单片）个 GPIO 口。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器以及其它各种类型的应用10。课题要用到了LPC2294的GPIO、UART、SPI、ADC等功能模块，其电路图设计如

30、图3.1所示。 图3.1 处理器硬件原理图设计主要特性11 ： 16/32 位 ARM7TDMI-S 微处理器，LQFP144 封装。 16 kB 片内静态 RAM 和 256kB 片内 Flash 程序存储器。128 位宽接口/加速器可实现高达 60MHz的工作频率。 通过片内 boot 装载程序实现在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP） 512 字节行编程时间为 1ms。单扇区或整片擦除时间为 400ms。 EmbeddedICE-RT 和嵌入式跟踪接口使用片内 RealMonitor 软件对任务进行实时调试并支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 2/4(LPC2292/2294)

31、个互连的 CAN 接口，带有先进的验收滤波器。多个串行接口，包括 2 个 16C550工业标准 UART、高速 I2C 接口（400 kbit/s）和 2 个 SPI 接口。 8 路 10 位 A/D 转换器，转换时间低至 2.44s。 2 个 32 位定时器（带 4 路捕获和 4 路比较通道）、PWM 单元（6 路输出）、实时时钟和看门狗。 向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。 通过外部存储器接口可将存储器配置成 4 组，每组的容量高达 16Mb，数据宽度为 8/16/32 位。多达 112 个通用 I/O 口（可承受 5V 电压） 个边沿或电平触发的外部中 断引脚。 通过片内 PLL 可实现最大为 60MHz 的 CPU 操作频率。 片内晶振频率范围：130 MHz 2 个低功耗模式：空闲和掉电 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗。 双电源 - CPU 操作电压范围：1.651.95 V(1.8 V 0.15 V) - I/O 操作电压范围：3.03.6 V(3.3 V 10%)，可承受 5V 电压。3.2.2晶体电路晶振是为处理器LPC2294提供频率基准的元器件，属于最小系统中不可或缺的一部分。晶体振荡器分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振的英文名称不