基于arm的嵌入式温度控制系统设计

基于arm的嵌入式温度控制系统设计内容摘要：

humb C编译器 Armcpp属于 ARM C++编译器 Tcpp属于 Thumb和 C++共有的 编译器 Armasm属于 ARM和 Thumb共有 的汇编器 ： armlink 是 ARM 的 链接器。 该命令 能够对任意数量的 目标文件 进行编译 和 任意数量数据 库文件 的 链接 关系 ， 然后得到 可执行 的 文件， 还能是众多 目标文件 指向的目标文件的局部。 [3] ： armsd 是 ARM 跟 Thumb 共有的 符号调试器。 ： 当需要将 输出文件 转换为特定 格式的 时，把原始 格式的文件转换 成相应的格式 ， 支持的文件包含 Motorola 32位 S格式映像文件、 bin格式的映像文件、 Verilog十六进制文件和 Intel 32位格式映像文件。 ： armar 函数生成器只存在 ARM库 中 ，它 是一个收集 一系列 的 ELF格式的目标文件 的库函数形式。 用户 能后使用以 库传递 方式的 链接器 替代多个 ELF文件。 ： CodeWarrior 集成开发环境（ IDE） 用一个简单的 图形用户界面为多元化经营 和 发展 项目提供了 巨大方 便 ，用户开发程序代码 时。 南京工程学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 43 页 ： ADS 中 含有 3 个调试器： 包含 AXD， ARM 独有的 扩展调试器；第二个是 armsd，它是 ARM 符号调试器；第三个 与旧版本的操作系统 下的 ARM 调试工具 兼容。 C++库： ADS 包含有关 ANSI C库函数 跟 C++库函数， 能够编译 C和 C++代码。 用户可以 添加 C 库 的 应用程序中的一部分， 与目标相关的功能都能通过 代码实现。 南京工程学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 43 页 第三章 软硬件介绍 ARM ARM简介 ARM 是一 个 知识产权（ IP） 的 供应商， 其最显著 的 特点是不同于其他芯片的制造和销售公司 ， 它仅仅 转让设计方 案。 ARM 公司利用这种双赢的伙伴关系迅速成为了全球性 RIRC 微处理器标准的缔造者。 这种 方法 也 给使用者带来了极大 的 利益 ， 原因是使用者 只 要熟悉了 一种 ARM 内核的节后及其开发工具的原理 ，就 可以 使用相同 的不同公司研发的 ARM 核芯片。 当 前， 世界上 100多 家公司与 ARM公司 达成 了 商用 技术使用许可协议， 其中有因特尔 、 IBM、 LG、 NEC、 SONY、 NXP、和 NS 此业内 大 企业。 至于 开发 软件系统的合伙人，包括 了 Microsoft、升阳和 MRI等一系列知名 的 公司。 ARM架构 的处理器 是 ARM公司 同类产品的成本最低的， 而且已经成功商用。 它 具有 性价比 高、罕见的高 代码密度， 和良好 的实时中断响应 ，以及 低功耗，并且芯片面积尽可能小 ， 使它成为首选的嵌入式系统。 [4]ARM 架构被越来越多的使用 ，比如 移动电话 、 个人数字终端 、 MP MP4与形态各异 的 娱乐电子 产品。 2020年 12亿片 ARM处理器 被 ARM公司的合作伙伴生产 出来，应用到各种生活生产中。 ARM7 ARM 公司 在 1995年 设计研发了首个 ARM7TDMI 处理器内核， 现在 是 世界上使用 最 为广泛 的一款内核。 ARM7 系列 种类繁多，主要包括 ARM7TDMI型号 、 ARM7TDMIS 型号 、 拥 有高速缓存处理器宏单元的 ARM720T 以及 扩充了 JAZELLE 的 ARM7EJS。 由于 该 类型的 处理器 集成了 Thumb 16 位 简易指令集 跟基于 Embedded ICE JTAG 的 软件调试方式， 在许多 大 应用 的 SoC 设计中 能显示出其优越的特性。 同时对 ARM720T 高速缓存处理宏单元 进行了强化，不仅增加了 8KB 的 缓存、读缓冲 ，还设置了具有 高性能 的 内存管理处理器， 还 支持 Linux和 Windows CE 等操作系统。 南京工程学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 43 页 处理器 LPC2124微控制器是 建立在能够 实时仿真 与 跟踪的 16/32位 ARM7TDMIS CPU上 的， 其 高速片内 Flash存储器 包含 0KB、 128KB和 256KB三种大小 ，加速结构 的存储器接口 芯片拥有 128位宽度 ， 独特的 32位 程序可以运行在 最大时钟速率下。 16位 Thumb模式 能够 降低 程序大小至 30%，多用于对程序大小有严格要求的应用 ， 其代价只是损失非常小的性能。 LPC2124拥有 64和 144脚封装 两种型号 ， 因此它在同类芯片中耗能最低 ， 还配备了 4路 10位 ADC（ 64脚和 144脚封装）， 32位定时器 跟 9个外部中断，因此 在 工业 应用 、医疗 设备 、访问控制 和 个人使用终端 机 中具有广泛的应用。 [5] 特性 32位 64/144脚 ARM7TDMIS微控制器。 16KB静态 RAM。 片 上 Flash程序存储器 分为 0KB、 128KB、 256KB三种大小。 128位宽度接口 /加速器 的 操作频率 高达 60MHz。 外部 16或 32位总线。 （ 144脚封装） 通过外部存储器接口可 以分配的内存为 4组，每组的容量 最高位 16MB。 在系统编程（ ISP）和在应用中编程（ IAP） 能够用 片内 Boot转载程序实现。 1ms 的 Flash编程时间可编程 512字节， 而 400ms 之内就能实现 扇区擦除或整片擦除。 当需要将 Boot 装载 的 应用程序装入 设备 的 RAM 中 时，可以用 UART0 进行装载，同时能够 使其 之 在 RAM中 运行。 嵌入式跟踪宏单元（ ETM） 的功能是 对 能够 无干扰的高速实时跟踪 进行中的执行代码。 4路 的 64脚封装与 8路的 144脚封装 ，其 10 位 A/D转换器 的 转换时间 可 低以减少到。 2个 32位定时器 ，分为 带 4路捕获和 4路比较通道、 PWM单元（ 6路输出）、实时时钟 及 看门狗。 结构 南京工程学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 43 页 在 图 LPC2124图中 ， 它由 ARM7TDMIS为 CPU仿真功能， ARM的本地总线和内存控制器接口 ， 用于与 片内存储器控制器接口的 ARM7局部总线。 AHB外设 设立了 了 2MB的地址 空间 ， 分布在 4GBARM内存地址 的最顶端。 16KB的 空间大小是 每个 AHB外设都 具有的。 LPC2124外围 功能 （除了 中断控制器） 全部与 VPB总线 相连。 VPB总线与 AHB总线 的连接需要用 AHB与 VPB的桥 连接起来。 VPB外设也 拥有 2MB的 空间大小 ， 它的空间 从 分配。 [6] 引脚连接模块 用于 控制连接片内外设与器件引脚，软件 能够经由 控制 引脚连接的 模块 使 得 引脚连接特定的片内外 围 设 备。 图 LPC2124方框图 LPC2124的引脚分布如图。 南京工程学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 43 页 图 LPC212464脚封装 硬件系统的整体结构 硬件系统设计 中 必须遵循 以 下原则： (1)稳定性和可靠性： 大多数 工业 实施 环境 都非常具有挑战性 ， 由于 模拟量参数处理的 好坏对 系统的技术指标 有直接的影响 ， 它 必须 是每个环境给予充分的考虑 ，采取 有效的 抗干扰措施 ，使用正确 的 组 件 的 类型和参数， 以避免 串扰和误差积累。 每个部分的 设计 都 要 最大化的使 硬件电路 简单 ， 选择较高 集成度的 组 件， 让 系统 具备良好的 抗干扰性能 和优越的 稳定性和可靠性。 (2)速度与精度： 在 误差 允许极限 值 内 ， 根据相应的 规则 所需的 各个部 分 的 最大误差， 在 系统设计过程中 ， 根据 使用的位数更高的 转换芯片 来提高 转换精度，选定最终的 电路结构。 (3)功耗以及数据存储： LPC2124 最显著的特征之一是本身拥有非常 低 的能耗 ，VDDCORE 工作 电流为 仅 30． 4mA，待机模式 下工作 电流 仅 为 3． 1mA， 它的 低速的时钟操作模式和软件功耗优化能力 两大优点 ， 使它十分适应对 能耗敏感的场合。 采用低功耗器件和贴片封装元器件 ， 可有效降低功耗，减小 PCB面积，提高电路本身的抗干扰性能。 考虑到 数据的存储 大小 和安全保 障 ，系统采用 的是用 32M 的NandFlash作为数据 跟 程序存储区 ，以确保高 容量 的 数据存储。 [7] 南京工程学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 43 页 系统的整体结 构 如图 图 系统硬件的整体结 构 系统主要 分为以下模块： (1)CPU核心模块： 通常 由 CPU和 外围 设备构成 ，是 主要的 控制电路 系统。 CPU采 用 的是 ATMEL公司 研发设计 的 ARM7， 能够 对数据进行处理 、 存储 、 通讯等 一系列的操作。 (2)模拟电路：主要包 含 信号处理电路 跟 信号输出电路 两个模块。 信号处理电路主要完成模拟 量 输入信号的放大和滤波， 从而获得在 模数转换电路输入范围 之内 的数值。 信号输出电路 通过把经过 算法 修改 后的数字量 变为对 应的模拟信号 进行导出 ，完成 对被控 目标 的控制。 (3)存储模块： 一班 由 NorFlash、 SDRAM、 NandFlash三部分 构 成。 其中 ， NorFlash用 于 启动程序和系统内核 的存储系统 ； SDRAM 作为 操作系统 跟 应用程序的 工作 空间； NANDFlash用来保存 采集的数据 跟 应用程序。 基本硬件组成 时钟电路 如图 ， LPC2124芯片 的 振荡器 的主要器件是 一个反相放大器， 从 XTAL1端输入，从 XTAL2端 输出， 电路 时钟 能够 由内部 设备 或 者 外 接设备 产生， 从 XTAL1南京工程学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 43 页 和 XTAL2引脚上 连接某个 定时器件， 其 内 置的 振荡电路就 能 产生 相应的 自激振荡。 该 系统的并联谐振 电 路 采用 石英晶体和电容 器。 电路的 晶振频率选择 的是， 电容 器 C C2 的电容 均 取值 30pF，电容的大小可频率 进行 微调。 图 时钟电路 键盘输入电路 如图 ，在本系统中，采用独立式键盘。 此 键盘 用来 设定控制系统 所需 值，这样可以跟 系统的 实验值进行 比较， 计算 误差 和系统 误差。 第一个按键 的功能是 加 1，第二个按键 的功能是 减 1。 图 键盘输入电路 显示电路 南京工程学院毕业设计（论文） 第 14 页 共 43 页 显示电路采用 的是 LCD功能组件 （ LM016L）， 用来显示 温度测 量值 跟 设定值。 显示电路如图。 图 显示电路 温度控制电路 本系统中控制核心电路（控制加热丝加热电路）采用由过零检测晶闸管触发器件 MOC3061 组成的触发电路，次器件专门用于设计双向晶闸管触发器。 LED 工作时 发射红外线 ，如果同时 过零电路检测 到 输出端的 工作 电压 大于 零，光控双向晶闸管触发导通，否则管断。 图 MOC3061组成的触发电路。 [8] 图 MOC3061组成的触发电路 传感器模 本设计采用的是 DS1820传感器，如图。 刚研发的 “一线器件” 的特征南京工程学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 43 页 是更加小巧 ，能在各种电压下工作，成本更低。 DS1820 由 DALLAS 半导体公司 研发，是 数字化 的 温度传感 器，这是全球首个能够 “一线总线” 的温度传感器。 “ 一线总线 ”具有特别 而且 便宜 的特点，使 得 用户 能够方便快捷 地 搭建一个 传感器网络，从而诞生了一个新的概念 —— 测量系统的构建。 经过 “一线总线 ”的 最开始的发展后， 用于 温度 传感的 技术 因 DS1820有了卓越的发展。 图 DS1820结构框图 DS1820 尽管能够方便 测 ，测量的温度也很精确，连接到其他器件上也很方便，需要的连接 口线少，但 仍然存在以下需要注意的问题。