基于ARM7S3C44BOX01的数据采集系统的设计.pdf

《基于ARM7S3C44BOX01的数据采集系统的设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ARM7S3C44BOX01的数据采集系统的设计.pdf（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、删I I 省电于学台电于测量与1 上器专番尝第十三届学术年会论文壅基于A R M 7 S 3 0 4 4 B O X 0 1 的数据采集系统的设计姜赞成方方周建斌黄平起艰利吕茂成都理工大学柱技术与自动化工程学院，四川成都，6 1 0 0 5 9摘要奉立对一套基于A R M 的嵌 式数据采集系统的设计+i 安琨怍r 舟绍谊数据果集系统币仅能作用十温湿魔等常规信导而且能对棱脉冲等快速变化的信号进行采燕和赴理。系统以S 3 C 4 4 B O X 0 1 为棱心控制单元，加 A D S 7 7 4 的模数f A D】转换功能，能够保持在较低功耗下实现对外来信号进行快速精确地获取关键词数据采集A R

2、M 嵌八t 系统S 3 C 4 4 B O X 0 11 前言数据采集是获取信息的基本手段，由于电子技术与通信技术的拉腰，嵌入式系统在经历了近2 0 年的发展历程后，X 进 了个新的历史发展阶段即从普遍的低端应用进八到个高、低并行发展，井且不断提升低端应川技术水平的时代，其标志是近年来的3 2 位M C U 的发展。作为1 6 入式领域中最为广泛使用的3 2 位处理器结构体系，A R M 已经成为多个应用领域的标准C P U 同时A R M技术正在成为多数嵌人式高端应用开发的首选。基于A R M 曦入式系统的设计研究，本文主要论述了在一块咀S 3 C 4 4 B O X O I 的A R M

3、7 T D M I 为内棱的平台上开发的一套数据采集系统。2 系统硬件设计面向本平台系统的主要功能构架有：电源电路、数据采集和转换电路、实时时钟电路、复位电路、串行通信电路、J T A G 屯路等。其构建如图1 所示：奉系统中，除了以S 3 C 4 4 B O X 0 1 为棱的处理单7 亡外另外还有数据采集和转换电路、电源电路、M e m o r y 电路、复位电路、串行通信及T A G 电路等。如图2：8区至三卜j 蔓夏蔓蜀图1 理件功能囝围2 顼层原理圄怍者简介姜赞成、成都理T 太学棰技术与自站化工程学院，从事攘蹙潭勘啬和檀仪器探侧E 作。屯话 3 8 8 0 7 7 6 8 6 8地址

4、成都理工大学研究生公寓8 单元3-2。基于A R M 7 S 3 C 4 4 B O X 0 1 的数据采集系统的设计2 1中央处理单元S 3 C 4 4 8 0 X 0 1 一三星的S 3 C 4 4 B O X1 6 3 2 位R I S C 处理器主要被设计用来为手持设备等提供一个低成本、高性能的方案。S 3 C 4 4 B O X 采用三星公司一种新的A R MC P U 嵌入总线结构S A M B A 2，最大达6 6 M H Z。此处理器芯片有强大而丰富的资源，在本系统中采用了其中的部分功能来完成数据采集的计算、存储和控制等。2 2 数据采集及A D 转换决定一个数据采集系统的性能

5、优劣，除中央处理单元的核心控制作用外，对外部数据的采集能力也是衡量一个系统的重要因素。精度、速率以及采样稳定性等直接影响着系统的优良。一个优越的处理器应匹配一个好的前置采集系统，否则不仅浪费了成本，同时限制了系统的整体性能。基于此，本系统在利用A R M 处理器的同时，在选择图3A D 转换(数据采集与转换电路)数据采集部分也有所考究，采用了1 2 位的A D S 7 7 4 数据采集和转换芯片以及5 7 3 锁存器。系统在模数转换部分，根据系统采样精度和速度的要求，采用了A D 公司的高速模数转换A D S 7 7 4。它是一种采用C M O S 技术的低功耗、高采样速度的1 2 位模数转换

6、器，从模拟量输入到转换结束的时间为8 5 u s，采样频率可达1 1 7 k H z，而且具有内部的采样和保持电路，其自身就是一个完备的数据采集系统。如图3。2 3 数据存储器存储器包括两个部分：程序存储器和数据存储器。为了能够反复的擦写和保存数据，同时增加可保存的数据容量，又要考虑减小功耗，因此选作与本系统S 3 C 4 4 B O X 0 1 匹配的S S T 3 9 V F l 6 0 1 为F 1 勰h R o M；S D R A M 的型号为H Y 5 7 V 6 4 1 6 2 0 H G。2 4 系统的电源单元本系统的电源电路采用了U S B 供电方式，在利用上位机进行控制或显示

7、时能同时方便地获取U S B 电源对下位机进行供电，快捷方便而且稳定。电源系统我们提供了三种不同电源：V D D I O(3 3 V)，V D D C P U(2 5),v c c 5(5 v)。三种电源都配置了滤波电容以保证电源更加稳定，从而才能使数据采集系统稳定地工作。电路上有L E D 电源指示灯，在系统上电后它会点亮。2 5 系统串行通信串行通信的接口标准在串行通信中，数据终端设备与数据通信设备之间的连接。要符合“接口标准”，目前。在计算机通信中使用普遍的是R S-2 3 2 C 标准。本系统也采用了串口通信。R S-2 3 2 C标准是美国电子工业协会(E I A)在1 9 6 9

8、年公布的数据通信标准，它对信号的电平标准和控制信号的定义这两方面作了相关的规定。四川省电子学会电子测量与仪器专委会第十三届学术年会论文集2 6 系统复位、系统时钟、J T A 0 电路在本系统中，还有系统复位、时钟及J r A G 电路。3 系统软件设计3 1A R M 集成开发环境A D S 是A R M 公司的集成开发环境软件，A D S l 2 提供完整的W I N D O W S 界面开发环境。C 编译器效率极高，支持c 以及c+，使工程师可以很方便的使用C 语言进行开发。提供软件模拟仿真功能，使没有E m u l a t o m 的学习者也能够熟悉A R M 的指令系统。配合F F

9、T-I C E 使用，A D S I 2 提供强大的实时调试跟踪功能，片内运行情况尽在掌握。A X D 调试器为A R M 扩展调试器(A R Me X t e n d e dD c b u g g e 0，包括A D W A D U 的所有特性，支持硬件仿真和软件仿真(A R M u l a t o r)A X D 能够装载映像文件到目标内存，具有单步、全速和断点等调试功能，可以观察变量、寄存器和内存的数据等。3 2 上位机控制软件在本系统中，通过用V i s u a lB a s i c 编写的上位机控制程序，对采集系统进行实时控制。V i s u a lB a s i c是W i n d

10、 o w s 环境下简单、易学、高效的编程语言开发系统，V B 不但提供了良好的界面设计能力，而且在微机串口通信方面也有很强的功能。上位机程序在系统中起到一个核心控制作用，它可以对下位机的动作响应进行全方位控制并担负起人机交互的一个重要枢纽。程序框图如图4 所示：图4 上位机控制程序流程图4 系统测试及结论硬件测试：系统上电，系统无异常且复位电路有效。用F l a s h 重新烧写B O O T 程序，确保硬件系统能够正常工作。软件测试：有模拟输入信号为时通过计算机超级终端成功获得数据。上位机控制软件，测试所采集到的数据的变化情况和实时情况。以下是本系统在不同信号输入下所采集到的信号。基：A

11、R M 7 S 3 C 4 4 B O X 0 j 的数据果集系统的世计图5 锯齿波形v D5 v：图6：正弦波彤V p：48 V。崮5 采集信号测试罔6 果集信号测试2测试结果：如图所示，系统能完全对外部数据进行采集并在上位机界面内进行显示。F 位机系统扳也舱正常受控于上位机的控制命夸。圈6 和罔7 描述的是借助E E l 6 4 B I 型函数信号发生器取得的锯齿泣信号车j 三弦波信号作为模拟信号输入所采集到的数据信号显示情况。5 结束语本系统作为一个基于A R M 7 内核嵌 式的数据采集系统，它的小体积低功耗能够适用于便携式核数据采集仪器产品的开发本身优越的速度和精度要求决定了在目前学

12、科领域较强的应用前景。参考文献1自忠样数据采集麒理西北工业大学出版礼2 1 X l I2 周立功A R M 嵌 式系统基础教程北京航宁航无上学2 0 0 53 周握安，等数据采集系统的设计与实践地震。i i 版社，2 0 0 54 李岩基于S 3 C 4 4 B O X 嵌入式u C I m u x 系统缘理盟应用清华大学2 0 0 5基于ARM7S3C44BOX01的数据采集系统的设计基于ARM7S3C44BOX01的数据采集系统的设计作者：姜赞成，方方，周建斌，黄平，赵永利，吕茂作者单位：成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都，610059 相似文献(10条)相似文献(10条)1.

13、会议论文 杨健.张慧慧 基于嵌入式系统的数据采集系统网络接入的设计与实现 介绍了单片微处理器和嵌入式系统uClinux的以太网接入设计.阐述了ARMS3C4510B微处理器的优点及其外围电路的接口方法,讨论了嵌入式系统uClinux的移植和程序设计等关键技术.文中给出了具体的实现方式,并探讨了设计中的相关问题.2.学位论文 张文雷 基于嵌入式系统的旋转机械状态数据采集系统的研究 2008 旋转机械是电力、石油、化工等部门的关键设备，运行过程中难免会出现一些机械故障，而一个小故障，都有可能引起连锁反应，造成巨大经济损失甚至灾难性后果。实施旋转机械状态实时监测和诊断，可以降低事故停机率，减少维修费

14、用，降低生产成本，是避免事故发生，保证安全生产的有效手段。因此，对于大型旋转机械状态监测和故障诊断的研究有重要的意义。本论文结合国家863项目“超临界、超超临界大型汽轮发电机组状态监测与故障诊断技术及其系统研究”(编号：2008AA04Z410)，研究基于嵌入式系统的状态监测数据采集系统，使该系统具有功能齐全、工作可靠、成本低、扩充方便等特点；将现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)引入到旋转机械状态监测与故障诊断系统中，实现数据采集控制，数据缓存及FFT的分析功能模块；完成了C/OS-操作系统在ARM处理器上的移植工作，设计基于该操作系统的软件

15、功能模块；分析了系统内部及系统外部的通信协议，根据本系统的特点选择了SPI与工业以太网通信协议。全文内容如下：第一章阐述了研究嵌入式旋转机械的状态监测数据采集系统的意义：分析了国内外典型的状态监测系统优缺点；结合嵌入式系统的特点，研究了其在状态监测系统特别是在数据采集系统中的应用。最后结合课题提出了本论文的研究内容，给出了论文的总体结构。第二章介绍了旋转机械典型故障及其对应信号的特征，分析了数据采集系统的所要采集对象信号及其频域范围。介绍常用的状态测量参数，分析了信号测量理论对于数据采集的要求，通过实验说明了幅值谱分析在旋转机械诊断中的作用。分析了本系统的技术指标和实现的功能需求，提出了基于嵌

16、入式系统的数据采集系统的总体构架。第三章针对大型旋转机械多采用电涡流传感器监测振动的特点，设计了振动信号调理电路。对三种可实现滤波器在本系统采集频域内滤波的质量进行了Matlab仿真和比较，提出了一种基于开关电容滤波器的抗混叠滤波方法；设计了基于Max125采集芯片的采集电路；对两个重要芯片ARM和FPGA进行选型，并对它们的特性在系统中的应用进行了分析。第四章设计了FPGA中的各个功能模块。利用FPGA构建PLL(锁相环)实现整周期采样控制。分析了数据传输中异步时钟解决的方法，在FPGA中设计了异步FIFO，并进行了时序仿真试验。介绍并分析了FFT信号处理技术，设计实现了FFT分析模块，详细

17、介绍CoreFFT核的工作流程和接口含义，并联合Matlab和ModelSim对其进了功能验证。第五章设计了软件功能模块。完成了C/OS-操作系统在LPC2378芯片上的移植工作，在此操作系统上设计了具体软件功能模块。分析了系统内及系统与上位机的通信协议，结合本系统的需求和硬件资源选择了适合本系统的通讯方式。第六章总结全文，并对未来进行了展望。3.期刊论文 国庆忠.张昌利 现代测井数据采集系统主流技术浅析-石油仪器2003,17(3)文章对现代测井数据采集系统进行了简要介绍,对所使用的主流技术:网络技术、嵌入式系统开发技术、大容量可编程逻辑阵列器件的开发技术、现代软件开发技术以及开放式UL-2

18、000通用测井平台进行了简析,对测井数据采集系统的研发具有一定的借鉴意义.4.学位论文 冷俊 嵌入式远程数据采集系统的研究和实现 2005 本文在详细分析比较当前典型的4种远程数据采集系统的基础上，设计实现了融合嵌入式Internet通信和Modem通信方式的系统方案MCU+RTOS方案以及MCU+Modem芯片方案。论文独立设计了嵌入式系统硬件平台，该平台以高性能的32位ARM处理器为系统处理器，以1片2M的FlashROM和2片8M的SDRAM为系统存储器，以2个串口，一个以太网口以及一个电话线接口为外围接口。针对此嵌入式系统硬件平台上实现了bootloader并移植了嵌入式操作系统uCl

19、inux，针对系统方案设计了嵌入式Internet通信和Modem通信，从而完成了基于ARM处理器和uClinux的嵌入式系统的软硬件设计。该嵌入式系统平台具有功能强大、成本低、功耗较低等特点，具有很强的实用性和新颖性。5.期刊论文 田玲玲.李鹏.于飞.刘喜梅 基于嵌入式系统的智能数据采集系统-青岛科技大学学报（自然科学版）2004,25(6)将C/OS-实时嵌入式操作系统移植到高性能16位单片机80C196KC上,选用两片MAXIM公司八通道同步十四位A/D转换芯片MAX125构成实时高速十六通道同步数据采集系统.以Intel CHMOS 高性能16位单片机80C196KC为核心(MCU),

20、并选用Lattice 公司可编程逻辑器件CPLD扩展64路数字量采集和输出,数据采集系统可通过RS-485通信总线与其它系统建立通讯.该系统能广泛应用于电力系统、自动控制系统等对数据采集速度、精度、实时性要求高的场合,具有较强的应用价值.6.学位论文 张建春 基于ARM7与C/OS-的多路数据采集系统 2007 本文所研究的是基于ARM微处理器和COS的嵌入式系统开发及多路数据采集系统。主要内容包括以下几个方面：1介绍了嵌入式系统的概念、组成，分析了嵌入式系统的特点，在此基础上，给出了嵌入式系统开发的一般过程和方法。2介绍了ARM处理器。3研究了嵌入式实时操作系统COS，分析了其内核的组成结构

21、。4介绍了多路数据采集系统设计原理，分析了多路数据采集系统硬件模块的组成和功能，建立了基于ARM和COS的多路数据采集系统嵌入式硬件开发平台：5分析了多路数据采集系统信号处理原理。建立了基于ARM S3C44BOX和COS的嵌入式系统软件编译和调试的交叉环境，设计了多任务来实现两个通道的数据采集，键盘控制，LCD显示等功能，最终完成了基于ARM和COS的应用软件设计。7.会议论文 戚淑芬.李明.李利洁.刘晓 嵌入式GPS数据采集系统的设计与实现 2006 本文介绍了OEM板的组成和特点,分析了NMEA-0183语句的数据格式,结合硬件特点提出了基于嵌入式系统的GPS数据采集系统的方案,并给出了

22、系统读取导航数据的方法.8.学位论文 刘建军 远程数据采集系统的开发和应用 2009 工业现场实时数据的有效性和安全性已经越来越被整个工控行业所重视，而GPRS通讯协议以其无线传输，不受工业现场实地环境的影响，费用低等优势广泛的在工业现场得到应用。采取嵌入式设备作为现场采集设备，GPRS通讯协议作为现场采集数据传输协议可以有效的提高工业现场工作执行的效率。论文介绍了嵌入式设备的相关内容，其中包括嵌入式系统的基本原理和嵌入式系统，相关外嵌模块的选型规则，嵌入式系统裁剪的方法，相关软件的设计原理及嵌入硬件的方法，GPRS和MODBUS通讯协议的原理和数据格式。数据采集服务器端和数据管理服务器端的设

23、计原理，操作说明和实际设备配置。实际现场运行的结果验证了系统硬件，软件和服务器端运行的可执行性，表明工业现场的基于GPRS的嵌入式设备可以高效的完成现场数据的采集和传输任务，服务器端可以合理有效的调配管理所有的现场设备，实现集中管理和分散控制，提高了工业现场的安全性，该方案具有较好的应用价值。9.会议论文 燕延.刘玉红.陈保平 嵌入式系统在桥梁振动数据采集系统中的应用 2003 本文介绍了一个基于嵌入式操作系统的桥梁振动状态远程数据采集系统,文中详细给出了A/D转换和数字信号的TCP传输流程,该系统实现了无人值守情况下桥梁振动状态的数据采集和数字信号的网络化传输,为远程监测、数据分析、数据共享

24、,为确保列车过桥时的行车安全,为帮助人们认识桥梁振动规律提供了全面准确的数据.10.学位论文 夏永彬 嵌入式数据采集系统的研究 数据采集系统是将传感器输出的模拟信号进行采集转换成数字信号，然后送入计算机进行处理，并按需要的形式输出结果。随着计算机技术和电子信息技术的发展，数据采集结合先进的电子技术，已经能利用软件来处理大量测量数据。近年来，对于数据采集系统的要求与日俱增，数据采集系统有着非常良好的应用前景。由于ARM技术和嵌入式操作系统的出现，嵌入式系统得到迅速的发展，受到广泛的关注。本文采用理论与实践相结合的方式，通过对具体的嵌入式系统的设计与调试，将嵌入式系统的理论应用到实际中，从而快速掌握嵌入式系统的设计与开发，为更复杂的嵌入式应用开发奠定了坚实的基础。随着数据采集系统与嵌入式系统的发展，构建低成本的嵌入式数据采集系统成为迫切任务。本文以基于嵌入式系统的数据采集为研究对象，主要完成了开发平台的搭建、uClinux内核和文件系统的移植、uClinux系统下的设备驱动、数据采集程序以及串口通信程序的开发、动态连接库程序的编写与调试、LabVIEW程序的编写与调试等工作。最后通过综合调试，实现了数据由底层硬件传送至上位机的整个过程，完成了基于嵌入式系统的数据采集的雏形。开发出来的系统对嵌入式系统应用到数据采集中具有较好的参考价值。本文链接：http:/