基于arm的嵌入式系统在b超中的应用

基于arm的嵌入式系统在b超中的应用内容摘要：

荡器，使用方便，可靠性高。 只需外接不同阻值和电容值的电阻电容即可实现不同宽度的脉冲输出。 具体电路如图 22 所示。 图 22 发射脉冲产生电路 低通滤波器的设计 超声波在人体内传播的过程中，遇到不同的界面时，就会发生部分反射和部分 透射。 当两个反射的分界面的性质相同时，反射和透射的百分率是相同的。 因此，相同性质的分界面处于相同深度时，反射回来的超声能量是相等的。 但是相同性质的分界面处于不同的深度时，超声强度随探测深度的增加而逐渐衰减。 超声波在人体组织内的衰减是一个很复杂的物理过程，它是由于超声在人体组织内传播时，被人体组织吸收、反射、绕射、折射和散射等原因造成。 其中，吸收是主要的。 超声波在人体内的传播过程中，能量被人体组织吸收，随着探测深度的RST1(RXD)2(TXD)3XTAL24XTAL15(INT0)6(INT1)7(T0)8(T1)9GND1011(AIN0)12(AIN1)13141516171819VCC20U8AT89C205112R03KR23KC1R/C15Cext14A1B2CLR3Q13Q4*SN74LS22INVCCVCCC2100PFVCCVCCoutput南华大学电气工程学院课程设计 第 6 页 共 28 页 增加超声波能量逐渐衰减。 对于均匀的生物体软组织，声衰减系数在区域内基本上是相同的。 经过前置放 大器处理后的超声回波信号中混有较多的高频噪声，为方便后级电路对有用信号的处理，需要对噪声进行消除，因此引入低通滤波器。 采用 TL082构成四阶巴特沃斯低通滤波器， TL082 是一款高带宽，双通道运算放大器，其带宽可达到 4MHz，输入阻抗为 10 ，截止频率为： 通带增益为： G 100 前置放大器设计 超声回波信号频率高，强度弱，噪声大，需要先对其进行放大处理。 在放大的时候应特别小心，如果处理不好将会给后级电路造 成极大的麻烦。 因此，前置放大电路是整个超声信号接收电路的一个重点，同时也是一个瓶颈。 采用三级管 MRF904 和 MM4049 实现高输入阻抗的前置放大器，这两种三级管是一组对管，性能很接近，其转换频率在 VVce 10 , mAIc 10 时可达到，很适合用于对高频信号的处理。 此前置放大器能够很好地避免信号的衰减并对噪声有一定的抑制作用。 具体电路如图 23 所示。 图 23 前置电路原理图 R2174R1 R3562R4R5R6562R7174R8U11uFQ1MRF904Q2MM4049U21uFU31uFU41uFU51uFU61uF+5V5V5V+5VR9100Mf CCRRCCRRc 43432121 11  南华大学电气工程学院课程设计 第 7 页 共 28 页 A/D 转换电路设计 超声回波信号在经过一系列模拟电路处理后，还需要对其进行数字化，以供后端的更高级处理。 前端模拟处理加后端数字处理的方法是现在电路系统中普遍采用的方式，虽然数字化技术在当今已占主导地位，但是模拟技术绝对不会被取代，因为现实世界本就是一个模拟的世界。 因此，我们要进行数字化处理 A/D转换很重要。 选用 AD 公司的 AD9220 实现 A/D 转换。 AD9220 是一款通用的高性能 12位 A/D 转换器，采样率最高可达 10MSPS。 我们采用 的探头，根据采样定理，这款 A/D 转换器能够达到要求。 用 74HC541 对转换输出的数 字信号进行缓存，从而更好地实现对后级电路的支持。 A/D 转换电路如图 24 所示。 图 24 A/D 转换电路图 R47200C311000D7IN5711D8IN5711C3215PCLOCK1BIT122BIT113BIT104BIT95BIT86BIT77BIT68BIT59BIT410BIT311BIT212BIT113OTR14AVDD15AVDD26VINA23CAPB20CAPT21CML22VINB24VREF18SENSE17REFCOM19DVSS27DVDD28AVSS25AVSS16U5 AD9220C33C34C35C30C38C40C3710UF/16VC4110UF/16VC42G11A12A23A34A45A56A67A78A89GND10Y811Y712Y613Y514VCC20Y118Y217Y415Y316G219U674HC541G11A12A23A34A45A56A67A78A89GND10Y811Y712Y613Y514VCC20Y118Y217Y415Y316G219U774HC541R5522R5422R5322R5222R5122R5022R4822R4922R6322R6122R6022R5922R5822R5722R5622R6222BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT7BIT8BIT9BIT10BIT11BIT12OTRBTT2BTT1BTT4BTT3BTT5BTT6BTT7BTT8BTT9BTT10BTT11BTT125V5VC390.1UF5VInport南华大学电气工程学院课程设计 第 8 页 共 28 页 3 ARM 体系结构和 BootLoader 的实现 ARM 体系结构 ARM(Advanced RISC Machines)，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的名字。 1991 年 ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。 在 32 位 RISC 中 CPU 开发领域不断取得突破，其结构已经从 V3 发展到 V6。 由于 ARM 公司自成立以来，一直以 IP 提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，而自己不介入芯片的生产销售，加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优点，因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持，在 32 位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，目前已经占有 75%以上的 32 位 RISC 嵌入式产品市场。 在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。 目 前非 常流 行的 ARM 核有 ARM7TDMI,StrongARM ， ARM720T ，ARM920TDMI， ARM922T， ARM940T， ARM946T， ARM966T， ARMI0TDM1等。 自 V5 以后， ARM 公司提供 Piccolo DSP 的芯核给芯片设计者，用于设计ARM+DSP 的 SOC(System On Chip)结构的芯片。 此外， ARM 芯片还获得了许多实时操作系统 (RealTime Operating System)供应商的支持，比较知名的有： Linux，Win CE， pSOS， VxWorks， Mucleus， EPOC， uCOS， BeOS 等。 ARM 处理器的工作状态 从编程的角度看， ARM920T 处理器的工作状态一般有两种 （ 1） ARM 状态，此时处理器执 行 32 位的、字对齐的 ARM 指令； （ 2） Thumb 状态，此时处理器执行 16 位的、半字对齐的 Thumb 指令。 ARM指令集和 Thumb 指令集均有切换处理器状态的指令，在程序的执行过程中，处理器可以随时在两种工作状态之间切换。 并且，处理器工作状态的转变并不影响处理器的工作模式和相应寄存器中的内容。 但 ARM 处理器在开始执行代码时，应该处于 ARM 状态。 ARM 处理器模式 ARM920T 支持 7 种运行模式，分别为： 南华大学电气工程学院课程设计 第 9 页 共 28 页 （ 1）用户模式 (usr)， ARM 处理器正常的程序执行状态； （ 2）快速中断模式 (fiq)，用于 高速数据传输或通道处理； （ 3）外部中断模式 (irq)，用于通用的中断处理； （ 4）管理模式 (svc)，操作系统使用的保护模式； （ 5）数据访问终止模式 (abt)，当数据或指令预取终止时进入该模式，可用于虚拟存储及存储保护； （ 6）系统模式 (sys)，运行具有特权的操作系统任务； （ 7）未定义指令终止模式 (und)，当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。 ARM 处理器的运行模式可以通过软件改变，也可以通过外部中断或异常处理改变。 大多数的应用程序运行在用户模式下，当处理器运行在用户模 式下时，某些被保护的系统资源是不能被访问的。 ARM920T 系统结构分析 ARM920T 采用 5 级流水线，具有分开的指令和数据存储器， 5 级流水线具体如下： （ 1）取指：从存储器中去取指令，并将其放入指令流水线。 （ 2）译码：对指令进行译码。 （ 3）执行：把一个操作数移位，产生 ALU 的结果。 （ 4）缓冲 /数据：如果需要，则访问数据存储器；否则 ALU 的结果只是简单地缓冲 1 个时钟周期，以便所有的指令具有同样的流水线流程。 （ 5）回写：将指令产生的结果回写到寄存器，包括任何从存储器中读取的数据。 ARM920T 处理器的一个显著特点就是采用指令和数据分离访问的方式，即采用了指令缓存 (ICache)和数据缓存 (DCache)。 这样可以把指令访问和数据访问单独安排 1 级流水线。 S3C2410A 处理器介绍 S3C2410A 在包含 ARM920T 核的同时，增加了丰富的外围资源。 其中片内外围模块主要包括： （ 1）一个 LCD 控制器，支持 STN 和 TFT 液晶显示屏； （ 2）外部存储管理（ SDRAM 控制器和芯片选择逻辑）； （ 3） 3 个通道的 UART； （ 4） 4 个通道的 DMA，支持存储器和 I/O 口之间的传输，以提高传 输速率； （ 5） 4 个具有 PWM 功能的 16 位定时 /计数器和 1 个 16 位内部定时器，支持外南华大学电气工程学院课程设计 第 10 页 共 28 页 部时钟源； （ 6） 8 通道的 10 位 ADC，最高速率可达到 500kB/s， 10 位分辨率； （ 7）触摸屏接口； （ 8） IIS 总线接口； （ 9） 2 个 USB 主机接口， 1 个 USB 设备接口； （ 10） 2 个 SPI 接口； （ 11） SD 卡接口和 MMC 卡接口； （ 12） 16 位看门狗定时器； （ 13） 117 位通用 I/O 口和 24 位外部中断源； （ 14） 8 通道 10 位 AD 控制器； （ 15）电源管理。 S3C2410A 同时集成了一个具有日历功能 RTC 和具有 PLL（ MPLL 和 UPLL）的芯片时钟发生器。 MPLL 产生主时钟，能够支持处理器工作频率最高达到203MHz。 UPLL 产生实现主从 USB 功能的。