基于arm的嵌入式温度监测系统毕业设计论文(编辑修改稿)

基于arm的嵌入式温度监测系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

电后需要保存的用户数据等。 常内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 用的 Flash 为 8 位或 16 位的数据宽度，编程电压为单。 Flash 闪存是非易失性存储器，可以对存储器单元块进行擦写和再编程。 任何 Flash 器件进行写入操作前必须先进行 擦除。 Flash 按结构分为 NOR 和 NAND 两大类。 NAND 器件执行擦除操作十分简单，而 NOR 则要求在进行擦出前，现将目标块内所有的地址 都写 0。 擦除 NOR 器件时是以64~128KB 的块进行 的，执行一个写入 /擦除操作的时间为 1~5s；擦除 NAND 器件是以8~32KB 的块进行的，执行相同的操作最多只需要 4ms。 执行擦除时，块尺寸的不同进一步拉大了 NAND 和 NOR 之间的差距。 NOR 的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在 Flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统 ARM 中。 NOR 的传输速率很高，在1~4MB 的小容量时具有极高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大降低了它的性能。 NAND 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度的都很快，应用 NAND 的难点在于 Flash 的管 理和需要特殊的接口。 NOR 主要用在代 码存储介质中， NAND 适合于数据存储 [22]。 SDRAM 模块 SDRAM 与 Flash 不同，它不具有掉电保护数据的特性，但其存取速度大大高于 Flash存储器，且有读 /写的属性，因此 SDRAM 在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。 当系统初始化后， CPU 首先从复位地址 0x0 处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入 SDRAM 中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在 SDRAM 中。 SDRAM 具有单位空间存储容量大和价格便宜的优 点，已经广泛应用在各种嵌入式系统中。 SDRAM 的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为不免数据丢失，必须定时刷新（充电）。 因此要在系统中使用 SDRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） SDRAM 是高速的动态随机存取存储器，它的同步接口和完全流水线的内部结构使其拥有极大的数据速率，目前 SDRAM 时钟频率已经达到 100MHz 以上。 另外，它们的行列地址线共用，有行地址选通（ CAS），列地址选通（ RAS）信号分时控制。 基本存储单元是内存芯片中存储信息的最小单位，每个存储 单元可以存储 1bit 的信息，并且有一个由行地址和列地址共同定义的唯一的地址。 我们知道 8bit 可以组成 1byte，而字节是内存中最小的寻址单元。 虽然内存基本存储单元具有唯一的地址，但是并不能进行独立的寻址，这将要求内存芯片有数以百计的引脚同计算机通信 ， 显然这是不可能的。 现在内存架构是处于同一列的基本存储单元共用一条列地址线，而处于同一行的基本存储单元共用一条行地址线，组成一个基本单元构成的矩阵框架。 而这些内存框架构成一个内存 bank， SDRAM 内存以 bank 为组织，可由行列地址寻址。 另外，为了保持内部数据还必 须进行刷新。 要知道 SDRAM 的结构特点，就必须先了解 DRAM 器件的结构特点。 DRAM 存储一个位的消息只需要一只晶体管，但是需要周期性的充电，才能使保存的信息不丢失， DRAM 的一个存储位单元如图 所示： 图 只是 DRAM 一个基本单位的结构示意图，电容器的状态决定了这个 DRAM单位逻辑状态是 1 还是 0。 一个电容可以存储一定量的电子或者电荷，一个充电的电容器被认为是逻辑上的 1，而 “ 空 ” 的电容器则是 0。 但是电容被利用的这个特性也是它的缺点。 因为电容器不能持久的保持存储的电荷，所以内存需要不断定时刷新，才能 保持暂存的数据。 电容器可以用电流来充电；同时，电容的充放电需要一定的时间，虽然对于内存基本单位中的电容来说这个时间很短，大约只有 ~ s，但这个期间内存是不能执行存取操作的。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 晶 体 管电 容列 线行 线 图 DRAM 的原理图 SDRAM 的存储单元的基本原理同前面提到的 DRAM 基本一样，但是这些存储单元的组织和控制与 DRAM 就有相当大的差别了。 SDRAM 是多 bank 结构 [22]。 JTAG 调试器 JTAG 是英文 “Joint Test Action Group（联合测试行为组织） ”的词头字母的简写 , 是一种国际标准测试协议（ IEEE 兼容），主要用于芯片内部测试 及对系统进行仿真、调试。 现在多数的高级器件都支持 JTAG 协议 ,如 DSP、 FPGA 器件等。 标准的 JTAG 接口是 4 线： TMS、 TCK、 TDI、 TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。 相关 JTAG 引脚的定义为： TCK 为测试时钟输入； TDI 为测试数据输入，数据通过 TDI引脚输入 JTAG 接口； TDO 为测试数据输出，数据通过 TDO 引脚从 JTAG 接口输出；TMS 为测试模式选择， TMS 用来设置 JTAG 接口处于某种特定的测试模式； TRST 为测试复位，输入引脚，低电平有效 ， GND。 JTAG 最初是用来对芯片进行测试的 ， 基本原理是在器件内部定义一个 TAP（ Test Access Port 测试访问口）通过专用的 JTAG 测试工具对进行内部节点进行测试。 JTAG 测试允许多个器件通过 JTAG 接口串联在一起 ， 形成一个 JTAG 链 ， 能实现对各个器件分内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 别测试。 现在， JTAG 接口还常用于实现 ISP（ InSystem Programmable。 在线编程），对FLASH 等器件进行 编程。 JTAG 编程方式是在线编程，传统生产流程中先对芯片进行预编程现再装到板上因此而改变，简化的流程为先固定器件到电路板上，再用 JTAG 编程 ， 从而大大加快工程进度。 JTAG 接口可对 PSD 芯片内部的所有部件进行编程。 在硬件结构上， JTAG 接口包括两部分： JTAG 端口和控制器。 与 JTAG 接口兼容的器件可以是微处理器（ MPU）、微控制器（ MCU）、 PLD、 CPL、 FPGA、 ASIC 或其它符合 规范的芯片。 标准中规定对应于数字集成电路芯片的每个引脚都设有 一个移位寄存单元，称为边界扫描单元 BSC。 它将 JTAG 电路与内核逻辑电路联系起来，同时隔离内核逻辑电路和芯片引脚。 由集成电路的所有边界扫描单元构成边界扫描寄存器 BSR。 边界扫描寄存器电路仅在进行 JTAG 测试时有效，在集成电路正常工作时无效，不影响集成电路的功能。 JTAG 也可以实现对电路版的 Flash 编程。 要通过 JTAG 接口对系统板上 Flash 编程，可以利用专用的硬件控制器或独立的编程器来访问 JTAG 器件实现，也可以直接用电缆线把 PC 机并行口与嵌入式系统的微处理器的 JTAG 引脚连接起来，由 PC 机上的程序 模拟 JTAG 时序实现。 嵌入式系统的 Flash 芯片的地址线、数据线和控制信号线接到嵌入式系统带 JTAG 接口的微处理器相应的引脚上，在对 Flash 编程时， PC 机上运行的程序控制 PC 机发送指令或数据到嵌入式系统微处理器内部的边界扫描寄存器里，再把此数据或指令通过 JTAG 专用指令传送到 Flash，从而将代码写入 Flash 中 [22]。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第三章 温度监测电路 设计 能够把非电量转换为电量的器件称为传感器，传感器实质上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。 随着技术的不断进步，传感器也有了飞速的发展，体积变得越来越 小，精度 越来越高，功能也越来越强大。 传感器的种类繁多，在本次设计中所要用到的是温度传感器，要选择适当的传感器以满足设计要求。 温度传感器：温度传感器就是把温度信号转换成电信号的传感器。 在本次设计中，我选用的是 K 型热电偶 和 用于 温度补偿 的 AD590 做为测温元件。 AD590 的室温补偿 电路 性能 集成温度传感器 AD590 是一种高内阻、电流输出型的两端器件 , 其检测灵敏度为 1 μ A/K。 由于其内部采用最新的薄膜电阻激光微调技术作最后定标 , 故其具有很高的检测精度。 AD590 的特点是 ： (1) 两 端器件 ： 电压输入 ， 电流输出 ； (2) 线性电流输出 ： 1μ A/K；(3) 较宽的检测范围 ： 55～ + 155℃ ； (4) 极好的线性 ： 在工作范围内非线性误差 177。 0. 5℃ ； (5) 较宽的工作电压 ： + 4～ + 30V。 误差校正 经过激光微调定标的 AD590 芯片 ， 其灵敏度为 1μ A/K， 输出电流值 (μ A ) 可直接表征绝对温度 (K)。 但由于客观因素 ， 使封装后的变换器灵敏度可能有所偏离。 为了消除这种误差 ， 可采用单点校正电路进行校正。 如 图 ， 在一定温度下 ， 调节 R2， 使 A、B 两端输出电压 V 0 (毫伏 ) 刚好等于绝对温度值 (K) ， 这时输出电压灵敏度为 1mV/K。 经校正后 ， 大大减小了误差 ， 同时也减小了误差对温度的依赖 ， 即减小了误差温度系数[20]。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 图 AD590校正电路 在使用 AD590之前， 必须对其进行校正，假如要是 AD590输出的是 0℃时的电压，就要进行如下校正：先把 AD590放进冰水混合物中，然后调整 AD590电路图中的电阻 R2，使其输出为。 在测室温时，室温为 n度，那输出的电压为： V0=+n，单位为 mv。 AD590 的 补偿 电路 设计 图 AD590室温补偿电路 AD590只是在校正的温度的周围测量相对来说要精确，有时我们为了得到更精确的测量结果，我们把 AD590的零点调整在室温点上，这样就能使得测量结果更精确了。 例如：室温在一般情况下为 25℃，那么我们就应该调整电阻 R2，使 AD590的输出为：内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） V0=+25，单位为 mv。 在这种情况下，室温稍有变动，我们就能准确地得出室温变动的幅度，这样更有利于我们的测量，使得我们的测量结果有更小的误差。 但是 AD590的输出级别是 mv级别，而我们的单片机的串口不能感受到 这微小的变化，那么 就需要对 AD590的输出进行放大，这样才能使得单片机能获得这个信号。 如图，输出的信号经 过两个放大器进行放大，就可以得到正的信号，也就能让单片机识别了。 在本 设计中，单片机的串口电压是 ，所以 AD590的信号经过放大后不能超过。 假如说放大器的放大倍数是 10倍，那末 AD590的输出最大也就只能是 330mv，=，也就是说，在这种情况之下，室温可测的最高温度是 ℃，但是现实中，室温很难达到这温度，放大 10倍完全可以满足测量的需求。 在上图中，我们用的是两级的负放大：第一级是 放大倍数，第二级的作用是使输出为正。 iVRRV 1201  （ 31） 第一级放大倍数。 013402 VRRV  （ 32） 第二级放大倍数，此级的作用是改变符号。 所以：ii VRRRRVRRV 1234120 )()(  )R( 43 时当  （ 33） 热电偶的测温 电路 热电偶的测温原理 热电偶选用的是镍铬 镍硅热电偶，分度号为 K。 该种热电偶的正极为含铬 10%的镍铬合金，负极为含 3%的镍硅合金。 它的负极亲磁，用磁铁可以很方便鉴别出热电偶的负极。 它的特点是使用温度计范围宽，高温下性能较稳定，热电偶与温度的关系近似线性，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 价格便宜，因此它是目前用量最大的一种热电偶。 它适于在氧化性气氛中连续使用，短期使用温度为 1200度，长期使用温度为 1000度。 K型热电偶是氧化性较强 的贱金属热电偶。 不适宜在真空、含碳、含硫气氛及氧化与还原交替的气氛下裸丝使用。 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。 其优点是： ① 测量精度高。 ② 测量范围广。 ③ 构造简单，使用方便。 热电偶就是利用热电效应来工作的。 将两种不同材料的导体或半导体 A和 B焊接起来，构成一个闭合回路。 当导体 A和 B的两个执着点 1和 2之间存在温差时，两者之间便产生电动势 ， 因而在回路中形成一个大小的电流 ,这种现象称为热电效应。 热电势与两端温度的关系式为： 2 1 2 1( , ) ( ) ( )ABE t t f t f t 由于热电偶的材料一般都比较贵重 ，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内。 热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶。