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基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统.pdf
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基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统.pdf
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南京航空航天大学硕士学位论文
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摘 要
随着计算机技术、网络技术和微电子技术的深入发展,特别是各种高性能
片上系统(SoC)的设计和嵌入式操作系统的开发,嵌入式系统日益广泛地应用于
工业控制、移动通讯、家用电器以及消费电子等设备中。
本文研究嵌入式系统在数据采集与处理中的具体应用,采用结构化、模块
化的方案进行系统的软硬件设计、调试和实现,开发了一个集嵌入式控制、高
速数据采集与处理、友好人机交互界面于一体的通用测试平台。
课题以ARM9嵌入式微处理器S3C2410X为核心,基于QT2410开发板设计了
数据采集硬件电路,包括8路模拟输入通道和16位数字I/O通道。在ADS集成开发
环境下设计了AD7892的定时采集、连续采集,数字I/O,LCD显示及触摸屏控制
等程序模块,并实现了一些简单的数据处理和FFT谱分析功能。实验表明,
AD7892采样速率可达100 kSPS以上,具有一定的实时性。
借助于移植的嵌入式Linux操作系统,开发了GPIO、按键、LCD模块以及数
据采集电路的设备驱动程序和应用程序。论文的最后介绍了嵌入式图形用户界
面MiniGUI的移植与开发,并设计图形程序实现了数据的采集、处理和波形的实
时显示功能。实践表明,嵌入式Linux下的MiniGUI高效、稳定,占用资源少,
人机界面友好,可靠性高。
基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强,
可为各种嵌入式应用提供一套完整的硬、软件解决方案,在工业测量与控制领
域具有较为广阔的应用前景。
关键词:嵌入式系统,ARM,数据采集,S3C2410X,嵌入式 Linux,设备驱动
程序,MiniGUI
基于 ARM 的嵌入式数据采集与处理系统
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图 清 单
图 2.1(a) S3C2410X 处理器内部结构方框图...................................................9
图 2.1(b) S3C2410X 处理器内部总线体系结构 ............................................10
图 2.2 LCD 控制器结构方框图.......................................................................11
图 2.3 勤研的 QT2410 开发板(正面)..............................................................12
图 2.4 勤研的 QT2410 开发板(背面)..............................................................12
图 2.5 QT2410 开发板硬件功能框图..............................................................13
图 2.6 SDRAM 与 S3C2410X 的接口电路图.................................................14
图 2.7 TD035STEB1 与 S3C2410X 显示接口示意图....................................16
图 2.8 TD035STEB1 与 S3C2410X 触摸屏接口电路图................................17
图 2.9 QT2410 外部总线接口管脚分布图......................................................17
图 2.10 数据采集电路硬件结构图..................................................................19
图 2.11 不同电平的门槛标准 ..........................................................................20
图 2.12 AD7892 管脚分布图 ...........................................................................22
图 2.13 AD7892 并行模式时序图 ...................................................................23
图 2.14 16 位数字输入接口.............................................................................24
图 2.15 16 位数字输出接口.............................................................................24
图 2.16 数据采集电路原理图..........................................................................26
图 2.17 基于 ARM 的数据采集电路板...........................................................27
图 3.1 ARM 工程管理工具 CodeWarrior for ADS..........................................29
图 3.2 ARM 调试器 AXD ................................................................................30
图 3.3 数据采集与处理软件功能模块组成....................................................31
图 3.4 USB 数据传输与串口调试软件 DNW.................................................33
图 3.5 DNW 串口与 USB 传输选项配置........................................................34
图 3.6 AD7892 连续采集程序流程图 .............................................................35
图 3.7 AD7892 定时采集程序流程图 .............................................................36
图 3.8 基 2 时析型蝶形图................................................................................38
图 3.9 基 2 时析型 FFT 计算框图...................................................................40
图 3.10 AD7892 传输特性曲线图 ...................................................................46
基于 ARM 的嵌入式数据采集与处理系统
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表 清 单
表 1.1 嵌入式系统与通用计算机系统硬件平台的比较 ································ 1
表 1.2 嵌入式系统与通用计算机系统软件及开发平台的比较····················· 2
表 2.1 QT2410 外部总线接口管脚信号描述················································ 18
表 2.2 16 位总线收发器 74LVTH16425A 逻辑功能表 ································ 20
表 2.3 AD7892 管脚名称与功能描述 ··························································· 22
表 3.1 8 点序列位码逆序寻址······································································· 39
表 3.2 直流电压 A/D 转换结果····································································· 45
表 3.3 交流信号时域参数检测结果······························································ 47
承诺书
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独
立进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的
内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文
中以明确方式标明。
本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件,允
许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关
数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日 期:
基于 ARM 的嵌入式数据采集与处理系统
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表 1.2 嵌入式系统与通用计算机系统软件及开发平台的比较
软件名称 嵌入式系统 通用计算机系统
引导代码 Bootloader、BSP(针对不同电路进行移植)BIOS(主板固化,无须改动)
操作系统 WinCE、VxWorks、Embedded Linux、
uC/OS 等(需要移植)
Windows、Linux 等
设备驱动 针对硬件设备进行开发或移植 操作系统附带或网络下载安装
协议栈 裁剪或移植 操作系统或第三方供应商提供
开发环境 宿主机交叉编译工具链 本机开发调试
仿真器 ICE (In-Circuit Emulator) 不需要
可以看出,嵌入式系统的灵活之处在于“软硬件可裁剪”,其主要特点是:
(1) 嵌入式系统功耗低、体积小、集成度高并且专用性强。嵌入式系统与
PC 最大的不同就是嵌入式 CPU 大多工作在为特定用户群设计的系统中,能够
把 PC 中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统设计
趋于小型化,移动能力大大增强。
(2) 为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在
存储器芯片或单片机本身中,而不是存储于磁盘等载体中。
(3) 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,系统精简;操作系统
一般和应用软件集成在一起,量体裁衣、去除冗余。
(4) 嵌入式系统是与具体应用紧密结合在一起的,对软件代码的质量和可
靠性要求很高,产品应具有较长的生命周期。
(5) 嵌入式系统本身不具备自举开发能力,需要专门的开发工具和开发环
境。
随着计算机、微电子技术的不断成熟,嵌入式系统已经在很大程度上改变
着人们的生活和工作方式,其应用将会越来越广泛和普遍;借助于 Internet 创造
的无限机会,嵌入式系统将不断重新塑造未来的世界。
1.2 嵌入式处理器
1. 特点
嵌入式系统的核心是嵌入式处理器。与 PC 机使用的通用处理器相比,嵌
入式处理器更加注重性能、尺寸、功耗和价格方面的需求,其主要特点包括:
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omyligaga
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