ARM溫濕度傳感器課程設計報告

1、-. z. . - . -可修- .目 錄TOC o 1-2 h z uHYPERLINK l _Toc408780622目錄 PAGEREF _Toc408780622 h 1HYPERLINK l _Toc408780623第一章概述 PAGEREF _Toc408780623 h 2HYPERLINK l _Toc4087806241.1 設計題目 PAGEREF _Toc408780624 h2HYPERLINK l _Toc4087806251.2 設計目的 PAGEREF _Toc408780625 h 2HYPERLINK l _Toc4087806261.3 設計器材 PAGE

2、REF _Toc408780626 h 2HYPERLINK l _Toc4087806271.4 任務分析 PAGEREF _Toc408780627 h 2HYPERLINK l _Toc408780628第二章設計原理 PAGEREF _Toc408780628 h 3HYPERLINK l _Toc4087806292.1 嵌入式操作系統(tǒng)的概述 PAGEREF _Toc408780629 h 3HYPERLINK l _Toc4087806302.2設計原理 PAGEREF _Toc408780630 h 3HYPERLINK l _Toc408780631第三章系統(tǒng)設計PAGEREF

3、 _Toc408780631 h 5HYPERLINK l _Toc4087806323.1 系統(tǒng)需求分析 PAGEREF _Toc408780632 h 5HYPERLINK l _Toc4087806333.2 硬件設計 PAGEREF _Toc408780633 h 5HYPERLINK l _Toc4087806343.3 軟件設計 PAGEREF _Toc408780634 h 6HYPERLINK l _Toc408780635第四章詳細設計 PAGEREF _Toc408780635 h 8HYPERLINK l _Toc4087806364.1主函數(shù) PAGEREF _Toc4

4、08780636 h 8HYPERLINK l _Toc4087806374.3濕度的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)代碼 PAGEREF _Toc408780637 h 9HYPERLINK l _Toc4087806384.4TFT屏幕顯示設置 PAGEREF _Toc408780638 h 9HYPERLINK l _Toc4087806394.5 下載運行 PAGEREF _Toc408780639 h 9HYPERLINK l _Toc408780640總結 PAGEREF _Toc408780640 h 10HYPERLINK l _Toc408780641致 PAGEREF _Toc408780641

5、h 11-. z. . -第一章 概 述1.1 設計題目在LPC2103開發(fā)板上，實現(xiàn)設定溫度以及控制功能。1.2 設計目的1、本次課程設計的主要目的是實現(xiàn)溫度的控制功能，鍛煉學生的動手能力以及注重課外實踐的培養(yǎng)，使得理論與實踐相結合； 2、了解并掌握掌握相關專業(yè)課程知識和設計能力；3、初步掌握軟件開發(fā)過程的問題分析、系統(tǒng)設計、程序編碼、測試等根本方法和技術；4、提高綜合運用所學的理論知識和方法獨立分析和解決問題的能力；5、加深對專業(yè)課的理解，強化學生的邏輯思維能力和動手能力，穩(wěn)固良好的編程習慣，掌握工程軟件設計的根本方法，為將來工作的學習打下堅實根底。1.3 設計器材本課程設計需要的硬件要求

6、和軟件配置具體要求如下：硬件要求：一臺PC機、LPC2103開發(fā)板一塊；軟件配置：KEIL軟件、J-Flash ARM，串口助手；1.4 任務分析有許多客觀需求促進了ARM處理器的設計改良。首先，便攜式的嵌入式系統(tǒng)往往需要電池供電，為降低功耗，ARM處理器已經(jīng)被特殊設計成較小的核，從而延長了電池的使用時間。高的代碼密度是嵌入式系統(tǒng)的又一個重要需求。由于本錢問題和物理尺寸的限制，嵌入式系統(tǒng)的存儲器是很有限的。所以，高的代碼密度對于那些只限于在板存儲器的應用是非常有幫助的。另外，嵌入式系統(tǒng)通常都是價格敏感的，因此，一般都使用速度不高，本錢較低的存儲器。ARM核不是一個純粹的RISC體系架構，這是為

7、了使他能夠更好的適應其主要應用領域嵌入式系統(tǒng)。在*種意義上，甚至可以認為ARM核的成功，正是因為它沒有在RISC的概念上沉入太深。本系統(tǒng)的設計過程中，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的根本設計思想，系統(tǒng)采用了模塊化的設計方法，并且根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和技術指標，系統(tǒng)遵循自上而下，由大到小，由粗到細的設計思想，按照系統(tǒng)的功能層次，在設計中把硬件和軟件分為假設干功能模塊設計和調(diào)試，然后全部連接起來統(tǒng)調(diào)。-. z. . -第二章 設計原理2.1 嵌入式操作系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)是集成電路開展過程中的一個標志性成果，它把計算機直接嵌入到應用系統(tǒng)中，融合了計算機軟/硬件技術、通信技術和微電子技術，是一種微電子產(chǎn)業(yè)和信息技術產(chǎn)

8、業(yè)的最終產(chǎn)品。微電子產(chǎn)業(yè)是許多國家優(yōu)先開展的產(chǎn)業(yè)。以超深亞微米工藝和IP核復用技術為支撐的系統(tǒng)芯片技術是國際超大規(guī)模集成電路開展的趨勢和21世紀集成技術的主流。 嵌入式操作系統(tǒng)的特性隨著計算機技術和產(chǎn)品向其它行業(yè)的廣泛滲透，由于嵌入式系統(tǒng)具有小巧、高度自動化、響應速度快的特點，因而非常適應信息家電和現(xiàn)代控制設備的需要，嵌入式技術成為了一個研究熱點。嵌入式系統(tǒng)，是將計算機直接嵌入至系統(tǒng)中，是信息IT的最終產(chǎn)品。它根據(jù)應用的要求，將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)中，實現(xiàn)軟件與硬件一體化。 嵌入式操作系統(tǒng)的分類嵌入式操作系統(tǒng)是隨著嵌入式系統(tǒng)的開展出現(xiàn)的。從應用圍角度大致可以分為可分為專用型如

9、Ucos、Windows CE、V*Works、嵌入式Linu*等和通用型如Palm OS、Symbian的嵌入式操作系統(tǒng)等。從實時性的角度大致可以分為實時嵌入式操作系統(tǒng)和一般嵌入式操作系統(tǒng)。 嵌入式操作系統(tǒng)的特點嵌入式操作系統(tǒng)是對通用操作系統(tǒng)的繼承和開展，具有操作系統(tǒng)的根本功能，包括指令執(zhí)行、任務調(diào)度、存儲器管理、設備管理和中斷處理等。但是，由于嵌入式系統(tǒng)的硬件環(huán)境和程序運行需求有很大限制，所以嵌入式操作系統(tǒng)又有如下并不同于一般操作系統(tǒng)的特點。資源限制。嵌入式操作系統(tǒng)一般只有64MB存，而且非易失性FLASH通常也就32MB，因此，操作系統(tǒng)運行時，就不能像在PC上那樣使用資源了。平安性限制。

10、 在嵌入式領域，系統(tǒng)在運行之后一般都不能在短時期停機或者重啟，因此死機、藍屏是絕對不允許的?？梢浦残?。2.2設計原理本次課程設計采用SHT10傳感器溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，通過SHT10檢測室溫度，如果檢測到的溫度超過設定值時，由LPC2103輸出控制信號啟動相應的中斷報警功能。溫濕度傳感器模塊默認使用處理器的IIC總線，需要連接開發(fā)板的P1端口，IIC總線需要接上拉電阻。IIC總線IIC總線是一種二進制總線，它通過SDA串行數(shù)據(jù)線及SCL串行時鐘線連接到總線上的器件，并根據(jù)地址識別每個器件。支持IIC的設備有微控制器，ADC，DAC，存儲-. z.器，LCD控制器，LED驅(qū)動器以及實時時鐘等，通過軟

11、件尋址實現(xiàn)片選，減少器件片選線的-. z.連接。數(shù)字溫濕度傳感器SHT10SHT10系列單芯片傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用于專利的工業(yè)S過程微加工技術CMOSens，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包含一個電容式聚合體測濕元件和一個能隙式測溫元件，并與一個14位的AD轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路在同一芯片上實現(xiàn)無縫連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越，超快響應，抗干擾能力強，性價比極高等優(yōu)點。 SHT10的供電電壓為2.4-5.5v。傳感器上電后，要等待11ms以越過休眠狀態(tài)，在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳VDD，GND之間可以增加一個100NF的電容

12、，用以去耦濾波。串行接口兩線雙向，SHT10的串行接口，在傳感器信號的讀取以及電源損耗方面，都做了優(yōu)化處理，但與IIC接口不兼容。串行時鐘輸入SCK，SCK用于微處理器與SHT10之間的通訊同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，因而不存在最小SCK頻率。串行數(shù)據(jù)SDADATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取，DATA在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在SCK時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩(wěn)定。為防止信號沖突，微處理器應驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部上拉電阻將信號提升至高電平。上拉電阻通常包含在微處理器的IO電路中。-. z. . -第三章 系統(tǒng)設計3.1 系統(tǒng)需求分

13、析 課程設計容基于LPC2103開發(fā)板，完成設定溫度控制功能。 課程設計要求1熟悉ARM開發(fā)板工作及開發(fā)環(huán)境；2熟悉ARM處理器的定時器控制及工作原理；3采用溫度傳感器測試溫度用繼電器控制加熱器，實現(xiàn)設定溫度的控制；4在LCD屏幕顯示當前的溫度和設置溫度。5控制溫度可以設置。3.2 硬件設計 ARM處理器ARMAdvancedRISCMachines，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。ARM處理器是一個32位元精簡指令集(RISC)處理器架構,其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設計。1ARM處理器系列ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、AR

14、M10E系列、SecurCore系列Intel的*scaleIntel的StrongARM ARM11系列，其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。2ARM處理器特點1、體積小、低功耗、低本錢、高性能； 2、支持Thumb16位/ARM32位雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 3、大量使用存放器，指令執(zhí)行速度更快； 4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在存放器中完成； 5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； 6、指令長度固定。3指令構造ARM微處理器的在較新的體系構造中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中

15、，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比擬，可節(jié)省30%40%以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。-. z.3.3 軟件設計3.3.1KEIl軟件開發(fā)環(huán)境的使用建立一個新的工程，單擊Project菜單，在彈出的下拉菜單中選中New Project選項，然后選擇保存路徑，輸入工程的文件名字，然后單擊保存，根據(jù)處理器的型號選擇N*Pfounded by Philips的LPC2103處理器，接下來就是軟件的詳細設計環(huán)節(jié)了。3.3.2 SHT10的相關命令定義、#define TEM_TEST 0*03/溫度

16、檢測命令#define HUM_TEST 0*05/濕度檢測命令#define REG_READ 0*07/讀存放器#define REG_WRITE 0*06/寫存放器#define FUNCTION_SET0*01/設置SHT11的工作精度為8位/濕度 12位溫度#define SHT_SCK 0*00000400/p0.10#define SHT_DATA 0*00000800/p0.11#define SCL 147#define SDA 12.47V 當位6為1時說明VDD100.0)flag_tempeture=1;else if(tempeture10.0)flag_tempet

17、ure=1;else flag_tempeture=0;return(tempeture1);函數(shù)名稱:Convert_Tempeture(uint dat);函數(shù)功能:將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應的溫度數(shù)據(jù)-. z.函數(shù)說明:溫度轉(zhuǎn)換公式-T=d1+d2*SOt公式中的參數(shù)d1=-40,d2=0.01適用于14位測量精-. z.度。4.3濕度的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)代碼float SHT11_Convert_Humidity12bit(unsigned int dat,float temp)float RHline,RHtrue;RHline=-4+0.0405*dat-0.0000028*dat*dat;R

18、Htrue=(temp-25)*(0.01+0.00008*dat)+RHline;if(RHtrue10.0)flag_humidity=1;else flag_humidity=0;return(RHtrue);函數(shù)功能:將檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應的濕度數(shù)據(jù)，說明:相對濕度轉(zhuǎn)換公式RHline=C1+C2*SOrh+C3*SOrh*SOrh(檢測數(shù)據(jù)的線性化 SOrh為單片機接收到的數(shù)據(jù))RHtrue=(tempeture-25)*(t1+t2*SOrh)+RHline公式中的數(shù):C1=-4,C2=0,0405,C3=-0.0000028t1=0.01,t2=0.00008適用于12位測量精

19、度。4.4TFT屏幕顯示設置void BacklightOn(void) /PINSEL0 = 0*00000000;PINSEL1 |= 0*00000200;/設置MAT1.3-P0.20 T1TCR=0*03;/在設置之前，先將定時器復位 T1IR=0*01;/去除中斷標志位 T1PR=0*00;/設置預分頻器 T1PWMCON=0*08;/使能相應PWM模式位MAT1.3 T1MCR=0*02;/MR0匹配時，定時器復位 T1MR0=50;/設置匹配存放器 T1MR3=48;T1TCR=0*01;/重新啟動定時器 4.5 下載運行將工程文件下載至開發(fā)板，調(diào)整好串口，設置好波特率，可以看

20、到開發(fā)板將檢測到的室溫度和濕度以十進制的形式發(fā)送給PC機的串口，并且驗證溫度傳感器的靈敏度，可以發(fā)現(xiàn)溫度隨著外部環(huán)境的變化而變化，由此可以得出結論溫度傳感器的溫度采集和傳送功能都已實現(xiàn)。-. z. . -. z.總 結在這次ARM嵌入式系統(tǒng)課程設計中，我對ARM嵌入式系統(tǒng)尤其是數(shù)據(jù)處理中的溫度采集系統(tǒng)有了更進一步的了解，同時知識面也進一步得到了擴展和加深。本次課程設計的任務主要是對基于傳統(tǒng)溫度采集系統(tǒng)的使用環(huán)節(jié)中遇到的一些問題提出的一種改良方法，有助于溫度采集系統(tǒng)更好的開展與使用，幫助我們更好的理解嵌入式系統(tǒng)和溫度采集系統(tǒng)的原理和應用。溫度采集是一種直接數(shù)字處理方法。所謂溫度采集系統(tǒng)，就是通過

21、溫度傳感器對被采集物體進展溫度數(shù)據(jù)的收集與處理，最后得到所需要的有用的數(shù)字信號并送入系統(tǒng)的下一環(huán)節(jié)進展其他操作。目前，由于傳統(tǒng)的溫度采集系統(tǒng)存在響應慢、精度低、可靠性差、效率低、操作繁瑣等弊端，已經(jīng)不能完全適應現(xiàn)代化工業(yè)的高速開展。隨著嵌入式技術的迅猛開展，設計高速度、高效率、低本錢、高可靠性、操作方便的溫度采集系統(tǒng)成為當務之急。所以，學習和應用溫度采集系統(tǒng)及其應用技術對我們以后的學習和工作有著十分重要的意義。通過本次課程設計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體工程、課題相結合開發(fā)、設計產(chǎn)品的能力。既讓我懂得了怎樣將理論應用于實際，又讓我懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在設計過程中，總是會遇到這樣或那樣的問題。有時一個問題可