ARM嵌入式系统-课程设计报告高速数据采集系统的设计.docVIP

《嵌入式系统二》课程设计报告 高速数据采集系统的设计 班级: 学号: 姓名: 指导教师： 设计日期：2013年7月1日 至 2013年7月5日 设计题目：基于ARM的数据采集系统设计 设计的主要内容： 设计嵌入式技术作为主处理器的采集系统并讨论如何提高系统的速度、性和可扩展性。ARM，S3C44B0XAD7663 一．绪论 1.1课题的背景及研究意义 随着工业技术的发展，数据采集装置具有越来越广泛的应用领域。在工业生产过程中，受产品质量、生产成本等多方面因素影响，通常需要对工业现场的一些参数进行监控。数据采集装置是解决这一问题的有效手段。在科学研究中，应用数据采集装置可获得被测对象的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具, 也是获取科学奥秘的重要段之一。在生产实践中，为了得到我们需要的数据，通常需要将一些由传感器输出的模拟信号转换成数字信号。再通过计算机或者处理系统进行相应的处理。这种过程即被称为数据采集。数据采集装置在各个领域被广泛应用，己渗透到了工业现场、地质勘测、医药器械、电子通信、航空航天等各个领域，为人类更好的获取各种信息提供了便利的条件。 综上可知，研究通用化高精度数据采集技术和网络技术，可以有效提高生产管理的自动化水平，对于提高我国劳动生产率和推动经济发展具有非常重要的意义。 1.2 论文的主要内容 本文以基于ARM的嵌入式系统为核心，并综合应用高精度数据采集方法和网络通信接口技术，实现了基于ARM的通用高精度数据采集装置。在分析国内数据采集系统的基础上，考虑到数据的采集速度、精度和系统可扩展性， ARM7微控制器S3C44B0X，设计出一套通用性较强的数据采集系统。实现了高速和高精度信号采集，显示及传输等功能。二．数据采集系统的总体设计 2.1 数据采集系统设计目标 本文设计了一种基于ARM7S3C44B0X处理器的高速、高精度、多通道数据采集系统。它的主要设计目标是： (1) 实时性强。系统的主要工作是对大量的过程状态参数实时监测、数据存储、数据处理、进行实时数据分析等。因此要求硬件上必须要有实时时钟和优先级中断信息处理电路。 (2) 可靠性高。他是系统设计的一个重要要求。由于数据采集系统往往是安放在被控对象的工作环境中，所以不仅温度、湿度大，而且腐蚀多，干扰也很多，要求系统有较好的抗干扰能力和采集速度。 (3) 结构简单，功耗低，性能优良。 2.2 系统的整体设计 本文设计的高速高精度数据采集系统有硬件和软件两部分组成。而硬件部分主要完成数据采集、存储功能，软件部分则完成对硬件控制、对采集数据进行处理。 该系统的控制核心S3C44B0X。它为手持设备和一般类型应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。为了降低成本，S3C44B0X提供了丰富的内置部件：8KB Cache可选的内部SRAMLCD控制器，带自动握手的2通道UART4通道DMA系统管理器（片选FP/EDO/SDRAM控制器），带PWM功能的5通道定时器I/O端口，RTC8通道10为ADCIIC总线接口，IIS总线接口，同步SIO接口和PLL倍频器。S3C44B0X采ARM7TDMI内核，0.25um工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。它低功耗，精简，出色和全静态的设计特别适用于成本和功耗敏感的应用。同样S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBAII(SAMSUNG ARM CPU 嵌入式微处理器总线结构)。S3C44B0X的显著特性时它的CPU核是由ARM公司设计的1632位的ARM7TDMI RISC处理器S3C44B0X提供全面的，通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置，从而最小化系统的成本。S3C44B0X为数据采集模块核心处理器，采用模块化方法设计，按照功能的不同，分为电源电路、通道选择电路、模数转换电路、通信电路、多路开关及信号调理电路、计算机人机交互界面部分，数据采集系统整体结构图2-2所示 2-2 高速高精度数据采集系统的电路框图 数据采集系统工作流程：传感器输入的模拟信号经过信号调理电路的处理（包括隔离、变换、放大、滤波等各种处理）以满足数模转换芯片对输入电平和信号质量的要求，然后通过多路开关进行信号选择，选通的信号由高性能高速电压反馈放大器AD8021的进一步的处理获得更精确，精度更高的模拟信号，在微处理器的控制下模拟信号通过16位逐次渐近型模数转换器AD7663 图3-1 信号调理电路 AD623是高精度、低噪声的仪表放大器，R1是输入限流电阻，R2是增益电阻，调节此电阻的值可改变AD623的增益G，算式为G=100/R1（kΩ）+1。 MAX291是滤波器，截止频率其由电容C1决定。若设为100Hz：fc（kHz）=1000/3C1（pF），计算得C1取值为3300pF