...52/58學(xué)號07700211畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于ARM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生洋專業(yè)名稱電子與信息工程系指導(dǎo)教師魯維佳電子與信息工程系2011年6月6日基于ARM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)TheDesignandRealizationofRemoteDataAcquisitionSystemBasedonARM摘要本文介紹了一種基于ARM和nRF401的遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，下位機(jī)以AT89S52為中心控制單元。AT89S52接收到上位機(jī)發(fā)來的采集溫濕度的指令后，通知溫濕度傳感器SHT11采集溫濕度，然后一方面是利用LCD顯示模塊顯示采集的溫濕度，另一方面是利用以nRF401為核心的無線傳輸模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸，另外通過高增益天線可使傳輸距離達(dá)到1000米以上；上位機(jī)以S3C2440微處理器為中心，以nRF401為核心的無線傳輸模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程無線指令發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，指令可以控制數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)接收后，一方面利用液晶顯示觸摸屏顯示溫度濕度值，另一方面存儲(chǔ)到SDRAM中。由于上位機(jī)是基于ARM的具有良好移動(dòng)性能的類似手機(jī)的微型控制器，因此具有體積小、成本低、易維護(hù)和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也可以通過增加接收到控制端的器件和程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控。關(guān)鍵詞：SHT11；S3C2440；nRF401；AT89S52；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集ABSTRACTThispapermainlyintroduceamethodofremotewirelessdateacquisitionsystembasedonARMandnRF401,theslavemachinetakesmicroprocsserAT89S52asthecore.Whenreceivestheinstructionswhichsendsbythemastermachine,AT89S52noticestemperatureandhumiditysensorSHT11tomeasuretemperatureandhumidity.Thenontheonehand,thesystemusestheLCDdisplaymoduletodisplaytemperatureandhumidity;ontheotherhand,itusesthenRF401asthecoreinthewirelesstransmissionmodulefortheremotewirelessdatatransmission.Whatismore,throughthehigh-gainantenna,thethetransmissiondistancecanbeextendedtomorethan1,000meters.ThemastermachineiscenteredonS3C2440microprocessor,whichtakestheNRF401asthecoreofthewirelesstransmissionmoduleforremotewirelessinstructionstosendinstructionsandreceivedata.Theinstructionscancontroldatatheacquisitionofdata.Afterreceivingdata,ontheotherhand,itusesliquidcrystaldisplay(LCD)touchscreentodisplaytemperatureandhumidityvalue;ontheotherhand,thevlauecanbestoredtoSDRAM.ThemastermachinewhichissimilartophonearebasedontheARMwithgoodperformanceofthemovingofminiaturecontroller,thereforeithastheadvantagesofsmallvolume,lowcost,easymaintenanceandhighstability.Thissystemcanbeappliedinallkindsofwirelessdataacquisitionsystem,andalsothroughincreasingdevicesandcontrolprogramscanrealisethefunctionofmonitoring.Keywords:SHT11;S3C2440;nRF401;AT89S52;remotedataacqusition目錄第一章概述11.1研究背景11.2研究課題國外發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題11.3本課題研究的主要容21.3.1硬件設(shè)計(jì)21.3.2軟件設(shè)計(jì)2第二章系統(tǒng)原理32.1硬件平臺(tái)32.1.1嵌入式微控制器32.1.2嵌入式微處理器42.2軟件平臺(tái)方案52.2.1嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求52.2.2WindowsCE操作系統(tǒng)62.3系統(tǒng)總體介紹6第三章硬件設(shè)計(jì)83.1溫濕度采集模塊83.1.1數(shù)字溫濕度傳感器SHT1183.1.2本模塊總體介紹83.2電源模塊93.2.1LM317芯片93.2.278L05芯片93.2.3電源模塊介紹103.3下位機(jī)液晶顯示模塊103.3.1DM12864M顯示模塊103.3.2液晶顯示模塊113.4無線數(shù)據(jù)傳輸模塊123.4.1nRF401芯片123.4.2無線傳輸模塊介紹143.5ARM外接存儲(chǔ)器模塊153.5.1外接NANDFLASH153.5.2外接SDRAM153.6上位機(jī)顯示模塊16第四章軟件設(shè)計(jì)184.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)184.1.1數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)194.1.2下位機(jī)LCD顯示程序224.1.3nRF401數(shù)據(jù)發(fā)送軟件設(shè)計(jì)254.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)274.2.1WindowsCE移植274.2.2nRF401接收軟件設(shè)計(jì)284.2.3液晶觸摸屏顯示軟件設(shè)計(jì)29第五章總結(jié)31致33參考文獻(xiàn)34附錄35附錄1.下位機(jī)原理圖35附錄2.上位機(jī)原理圖36附錄3.詳細(xì)系統(tǒng)程序38第一章概述1.1研究背景隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的飛速發(fā)展，電子、數(shù)字技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，各種基于電子、數(shù)字技術(shù)的設(shè)備層出不窮。但是，自然界中絕大多數(shù)物理信號都是模擬信號，因此要對數(shù)字信號進(jìn)行處理加工，就必須先將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這就是數(shù)據(jù)采集所要完成的任務(wù)，完成相應(yīng)任務(wù)的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱DAS(DataAcquisitionSystem)。數(shù)據(jù)采集是獲取信息的基本手段。數(shù)據(jù)采集是指將溫度、濕度、壓力、流量、位移、電壓、電流等模擬量采集、經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分地廣泛。例如，對于某些制造類企業(yè)，毫無疑問，數(shù)據(jù)的采集是保證企業(yè)管理系統(tǒng)正常運(yùn)行的的關(guān)鍵所在。建立連接生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以避免傳統(tǒng)手工信息錄入方式造成的數(shù)據(jù)滯后和錯(cuò)誤，對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平有很大的幫助。通常，在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集和控制監(jiān)控結(jié)合在一起，形成一套完整的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。通常的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是由各種類型的傳感器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與下位機(jī)等將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和簡單信號處理，然后通過有線或無線的方式發(fā)送到上位機(jī)終端（通常為計(jì)算機(jī)或服務(wù)器）。再通過上位機(jī)控制下位機(jī)的，完成數(shù)據(jù)采集，而且在上位機(jī)中可以利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理以與顯示等功能。隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用與不斷完善，目前數(shù)據(jù)采集處理過程的自動(dòng)化已滲透到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個(gè)部分。采集過程自動(dòng)化容主要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備“即插即用”，數(shù)據(jù)發(fā)布的自動(dòng)化，消息發(fā)布機(jī)制等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展和新技術(shù)的介入使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)越來越復(fù)雜、應(yīng)用越來越廣泛、實(shí)用性越來越強(qiáng)、操作性越來越簡便。在實(shí)際中，溫度、濕度是非常重要的指標(biāo)。比如在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的許多場合像溫室、冷凍室等對溫度和濕度有著嚴(yán)格的要求。再比如，在未來的智能家居中，為了人們的身心健康，溫濕度也會(huì)變成重要的參數(shù)，只有在合適的溫濕度中，人才會(huì)感到身體舒服，心理愉悅。因此在許多方面，需要對進(jìn)行溫度、濕度的采集,并且根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)控制輸出。而且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,單片機(jī)，嵌入式等相關(guān)電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域隨之不斷擴(kuò)展?，F(xiàn)在利用單片機(jī)和傳感器就可以實(shí)現(xiàn)對溫度和濕度的精確測量,大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平,并且成本較低,應(yīng)用十分廣泛。1.2研究課題國外發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題目前遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的技術(shù)水準(zhǔn)越來越高，相應(yīng)成本也隨之提高，應(yīng)用前景便有了一定界限。而且通常的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上位機(jī)一般為PC，即便是筆記本電腦，其移動(dòng)性能還是很差，遠(yuǎn)不如手機(jī)類型的上位機(jī)方便。而且手機(jī)類型的上位機(jī)有著體積小、成本低、易維護(hù)和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。因此本文提出的基于ARM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上位機(jī)不是計(jì)算機(jī)而是基于ARM(AdvancedRISCMachines)的具有良好移動(dòng)性能的類似手機(jī)的微型控制器。這也是本文的創(chuàng)新點(diǎn)所在。另外，通常傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式是通過有線的通信線路來進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸(常見的有RS485總線結(jié)構(gòu)等)的,這種方式不僅施工麻煩、費(fèi)用高,而且出現(xiàn)故障時(shí)不易排查,越來越不能滿足現(xiàn)代各行業(yè)快速發(fā)展的需求。而隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線數(shù)據(jù)傳輸距離越來越遠(yuǎn)，性能越來越好，無疑，在未來無線傳輸方式將成為不可替代的方式。而且無線數(shù)據(jù)傳輸具有不用布線、實(shí)時(shí)性好、容易重新部署等優(yōu)點(diǎn),非常適用于現(xiàn)代工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。因此,本文討論了一種使用無線通信方法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,以溫度濕度為采集樣例，該方案不僅簡化了系統(tǒng)施工的難度和復(fù)雜度,還可以降低成本,方便系統(tǒng)的維護(hù)。而且本文還利用高增益天線擴(kuò)展了nRF401的通信距離。由于無線數(shù)據(jù)通信不用布線、快速布局的特點(diǎn)，因此具有有線數(shù)據(jù)通信無法比擬的便捷性,在特殊場合具有無法替代的作用，在未來將發(fā)揮著特別的功能。1.3本課題研究的主要容本課題設(shè)計(jì)的基于ARM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研究容分為硬件和軟件兩部分。1.3.1硬件設(shè)計(jì)下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52為核心，利用溫濕度傳感器SHT11采集溫度濕度，利用nRF401與外圍器件進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和命令接收，并且用12864顯示數(shù)據(jù)，用以與接收的數(shù)據(jù)的對比。上位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)是以ARM微處理器S3C2440與外圍器件為核心，以nRF401與外圍器件進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和命令發(fā)送，用液晶顯示模塊進(jìn)行對采集數(shù)據(jù)的顯示。1.3.2軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)用AT89S52單片機(jī)為控制中心，包括溫濕度傳感器SHT11的數(shù)據(jù)采集程序，nRF401的發(fā)送接收程序以與DM12864M的顯示程序。上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)以ARM微處理器S3C2440為控制中心。軟件設(shè)計(jì)在WindowsCE系統(tǒng)上，包括nRF401的發(fā)送接收程序以與液晶顯示模塊的顯示程序。第二章系統(tǒng)原理2.1硬件平臺(tái)本文論述的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用的控制器為嵌入式處理器，嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心器件。目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過一千多種，包括各種不同的型號和封裝形式。流行的體系結(jié)構(gòu)也有30多個(gè)。嵌入式處理器主要分為3類：嵌入式微控制器(單片機(jī))、嵌入式數(shù)字信號處理器(嵌入式DSP處理器)、嵌入式微處理器（最常用的為ARM）。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的為嵌入式微控制器（單片機(jī)AT89S52）和嵌入式微處理器(ARM系列S3C2440)，其中，嵌入式微控制器用在下位機(jī)，而嵌入式微處理器用在上位機(jī)。2.1.1嵌入式微控制器將整個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中，便組成了嵌入式微控制器。當(dāng)然這種簡約化的系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)、功能要少很多，而且只是集成一些必須的器件。嵌入式微控制器一般是以微處理器核為核心，部集成各種必要功能和外設(shè)的芯片。通常為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一個(gè)系列的單片機(jī)會(huì)有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生品處理器核都是一樣的，所不同的是存儲(chǔ)器與外設(shè)的配置與封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地與應(yīng)用需求相匹配，從而可以很好地控制功耗和成本。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。嵌入式微控制器的典型代表為單片機(jī)，從70年代末至今，雖然僅僅只有30年左右的歷史，但是這種8位機(jī)目前應(yīng)用極其廣泛。一般單片機(jī)芯片部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/0、串行口，脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、E2PROM、FlashRAM等必要外設(shè)和功能。單片機(jī)的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，因此功耗和成本下降、可靠性提高。又因?yàn)槠贤庠O(shè)資源比較豐富，適合控制，所以被稱為微控制器。由于MCU低廉的價(jià)格，優(yōu)異的性能，因此所擁有的品種和數(shù)量很多，比較有代表性的有8051、MCS-251、C166/167、P51XA、C540/541等，并且支持I2C在本系統(tǒng)中作為數(shù)據(jù)采集端的控制中心，所用的芯片是AT89S52單片機(jī)。AT89S52單片機(jī)是一種低功耗高性能的CMOS8位嵌入式微控制器，置8KB閃存。該芯片采用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集兼容。片程序存儲(chǔ)器（8KB閃存）允許重復(fù)在線編程，允許其在系統(tǒng)通過SPI串行口改寫或用同樣的非易失性存儲(chǔ)器改寫。通過把通用的8位CPU與可在線編程下載的Flash集成在一個(gè)芯片上，便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。其應(yīng)用圍廣，可用于解決較復(fù)雜的控制問題，且成本較低。AT89S52的主要特性：兼容MCS51產(chǎn)品，8K字節(jié)可擦寫一千次左右的在線可編程ISP閃存，工作電源圍為4.0V～5.5V，全靜態(tài)工作頻率為0Hz～24MHz，3級程序存儲(chǔ)器加密，256B部RAM，32條可編程I/O線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源，UART串行通道，低功耗空閑方式和掉電方式，中斷終止掉電方式，看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，在線編程（字節(jié)和頁模式）靈活。特殊功能寄存器(SFR)包括端口鎖存器（P0/P1/P2/P3）、程序狀態(tài)字（PSW）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式控制（TMOD）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制（TCON）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（THX/TLX）、累加器（ACC/B）、棧指針（SP），以與其他控制寄存器等等。專用寄存器只能通過直接尋址方式來訪問。通常，在所有Atmel單片機(jī)的專用寄存器（SFR）區(qū)中，寄存器的分配情況是一樣的。2.1.2嵌入式微處理器嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)是基于通用計(jì)算機(jī)中的CPU的，與通用計(jì)算機(jī)的微處理器不同的是，它只保留了與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，也就是說它是計(jì)算機(jī)CPU的精簡版。其中ARM系列是應(yīng)用最廣泛的、最具代表性的嵌入式微處理器。ARM處理器采用的是RISC(ReducedInstructionSetComputer,精簡指令集計(jì)算機(jī))技術(shù)，與CISC(ComplexInstructionSetComputer,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))技術(shù)相比其指令集與相應(yīng)的代碼解釋機(jī)制都得到了簡化，正是這種這種簡化使得用一小型廉價(jià)的芯片即可實(shí)現(xiàn)較高的指令吞吐量與實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)的功能。正是ARM的RISC體系結(jié)構(gòu)、低功耗、小體積和高性能，所以特別適合于便攜式、嵌入式和多媒體應(yīng)用領(lǐng)域,所以ARM在實(shí)際中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在本系統(tǒng)中上位機(jī)的控制中心，所選用的芯片是三星的S3C2440。三星公司推出的微處理器S3C2440功耗低、優(yōu)雅且全靜態(tài)設(shè)計(jì)，特別適合于對成本和功率敏感型的應(yīng)用，并且采用了新的總線架構(gòu)AMBA總線。S3C2440有著十分優(yōu)秀的特性，其核是一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位的ARM920T系列精簡指令集的計(jì)算機(jī)微處理器。ARM920T包括存管理單元、AMBA總線、獨(dú)立的16KB大小的指令高速緩存和16KB的數(shù)據(jù)高速緩存。S3C2440集成了如下片上功能：1.2V核，1.8V/2.5V/3.3V儲(chǔ)存器，3.3V擴(kuò)展I/O，16KB指令Cache（I-Cache）/16KB數(shù)據(jù)Cache（D-Cache）；外部儲(chǔ)存控制器（SDRAM控制盒片選邏輯）；集成LCD專用DMA的LCD控制器（支持最大4K色STN和256K色TFT）；4路擁有外部請求引腳的DMA控制器；3路URAT（IrDA1.0，64BTxFIFO，64BRxFIFO）；2路SPI；I2CIIS音頻編解碼器接口；AC`97編解碼器接口；1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口；2路USB主機(jī)控制/1路USB期間控制（ver1.1）；4路PWM定時(shí)器/1路部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器；8路10位ADC和觸摸屏接口；具有日歷功能的RTC；攝像頭接口（支持最大4096x4096的輸入，2048x2048縮放輸入）；130個(gè)通用I/O，24個(gè)外部中斷源；電源控制：正常，慢速，空閑，睡眠模式；帶PLL的片上時(shí)鐘發(fā)生器；工作電壓：核：300MHZ1.20V400MHZ1.30V儲(chǔ)存器：1.8V/2.5V/3.0V/3.3V；I/O：3.3V；操作頻率：Fclk:400MHZHclk:136MHZPclk:68MHZS3C2440的總線信號由總線控制器、SDRAM/SRAM、NANDFlash、LCD控制單元、攝像機(jī)接口、DMA、UART、ADC、IIC-Bus、AC`97、觸摸屏、USB主機(jī)、USB從機(jī)、SPI、SD、通用口、定時(shí)器/PWM、JTAG、復(fù)位，時(shí)鐘，電源等這些部分構(gòu)成。特殊寄存器:GPACON-PortA控制，GPADAT-PortA數(shù)據(jù)，只要對這兩個(gè)寄存器操作就可以動(dòng)用I/O口了，當(dāng)然還有PortB，PortC等等，注意要大小端模式必須使用相對的大小端的地址，按照推薦方式對寄存器進(jìn)行操作，除了ADC，RTC，UART寄存器外其他寄存器必須以字為單位進(jìn)行讀寫。S3C2440有以下特性：由軟件選擇的Little/Bigendian模式，地址空間：每組（bank）128M字節(jié)，8組共1GB空間，除bank0（16/32bit）外，所有bank都為可編程訪問位寬（8/16/32bit），共8個(gè)儲(chǔ)存組，6組用作ROM，SRAM等，2組用作ROM，SRAM，SDRAM等，7個(gè)bank為固定起始地址，1個(gè)bank為可變起始地址和2個(gè)bank為可編程大小，所有bank訪問周期可編程改變，擴(kuò)展總線周期的外部等待信號，支持SDRAM的自刷新和電源管理模式。2.2軟件平臺(tái)方案2.2.1嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)區(qū)別，在很多方面獨(dú)具特色，設(shè)計(jì)要求也大不一樣，主要包括以下幾個(gè)方面：面向特定應(yīng)用；系統(tǒng)構(gòu)成隨應(yīng)用變化；體系結(jié)構(gòu)根據(jù)具體的應(yīng)用確定；系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)；綜合性能穩(wěn)定；可靠性高；功耗低；實(shí)時(shí)性好。2.2.2WindowsCE操作系統(tǒng)WindowsCE是具有優(yōu)先級級別的多任務(wù)操作系統(tǒng)，它允許多重功能、進(jìn)程，在同一時(shí)間運(yùn)行，支持最大的32位同步進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程包括一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程作為進(jìn)程的基本線程，進(jìn)程能夠創(chuàng)造未定數(shù)量的額外線程，額外線程的實(shí)際數(shù)目，僅由系統(tǒng)可利用的資源決定。WindowsCE利用基于優(yōu)先級的時(shí)間片演算法安排線程的執(zhí)行，將互斥體、關(guān)鍵部分、事件請求按“先入先出，優(yōu)先級（FIFO）”順序排列：不同的先入先出順序序列定義成8個(gè)不同的優(yōu)先級，由0到7，0代表最高級，在頭文件Winbasw.h中定義。其中，0和1通常作為實(shí)時(shí)過程和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，2～4為線程和通常功能，5～7低于其它功能級別，需要注意的是級別6為目前狀態(tài)并有穩(wěn)定聯(lián)接。WindowsCE提供了一個(gè)重要的存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如，當(dāng)目前某些運(yùn)行WindowsCE的平臺(tái)僅提供4MB的物理存，WindowsCE則支持一個(gè)2GB的地址空間，每個(gè)進(jìn)程連接到它自己的32MB物理空間上，當(dāng)它需要產(chǎn)生存分頁中斷(這可能影響線程執(zhí)行時(shí)間)，物理存進(jìn)行線程代碼或數(shù)據(jù)存分頁。WindowsCE的優(yōu)點(diǎn)：第一：WINCE開發(fā)相對較容易，開發(fā)周期短，核完善，主要是應(yīng)用層開發(fā)，而LINUX開發(fā)難度較高，需要很高的技術(shù)實(shí)力。第二：WINCE的GUI豐富，開發(fā)工具強(qiáng)大,而LINUX核心調(diào)試工具不全，調(diào)試不大方便，而且目前還沒有很好的用戶圖形界面；第三，WINCE系統(tǒng)維護(hù)較容易，而LINUX占用較大的存，維護(hù)較復(fù)雜，因此本系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)為WindowsCE5.0。2.3系統(tǒng)總體介紹本系統(tǒng)分為下位機(jī)和上位機(jī)。首先，上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令到下位機(jī)，然后單片機(jī)控制溫濕度傳感器SHT11對環(huán)境的溫濕度進(jìn)行檢測，然后將采集到得溫濕度信號傳回到AT89S52微處理器，然后將信號分為兩部分，一部分是輸出到12864LCD顯示屏顯示，另一部分是傳輸?shù)交趎RF401的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線發(fā)送。接收端的基于nRF401的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收信號，并輸出到S3C2440微處理器，進(jìn)而顯示出來。并且還可以通過ARM對數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制和監(jiān)控。無線收發(fā)模塊還接有高增益天線，大大加大了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。下位機(jī)以單片機(jī)AT89S52為數(shù)據(jù)采集核心，由溫濕度傳感器、電源、液晶顯示、nRF401無線收發(fā)等模塊組成。溫濕度傳感器SHT11通過AT89S52控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并在LCD上顯示。上位機(jī)以三星S3C2440微處理器為核心，由SDRAM、NANDFLASH，液晶顯示、nRF401無線收發(fā)、電源等模塊組成。完成對數(shù)據(jù)采集的控制與監(jiān)控，接收數(shù)據(jù)，處理采集到的數(shù)據(jù)并顯示出來。系統(tǒng)整體框圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)整體框圖第三章硬件設(shè)計(jì)3.1溫濕度采集模塊3.1.1數(shù)字溫濕度傳感器SHT11本模塊的主要芯片為溫濕度傳感器SHT11，該傳感器采用CMOSens專利技術(shù)將溫度濕度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字接口、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn)I2C總線等電路全部集成在一個(gè)芯片，因此該傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、接口簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該傳感器還可以進(jìn)行相對濕度和溫度一體測量，精確露點(diǎn)測量，全量程標(biāo)定，無需重新標(biāo)定即可互換使用，SHT11的引腳信息如表3-1所示：表3-1SHT11引腳與說明引腳名稱說明1GND接地端2DATA雙向串行數(shù)據(jù)線3SCK串行時(shí)鐘輸入4VDD0.4～5.5V電源端5678NC空管腳3.1.2本模塊總體介紹本模塊主要由溫濕度傳感器SHT11和單片機(jī)AT89S52組成。AT89S52從上位機(jī)接收到采集溫濕度的命令，然后通知SHT11進(jìn)行環(huán)境溫度、濕度的采集，采集數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸T89S52中,用以顯示和無線數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)镾HT11溫濕度傳感器通過二線數(shù)字串行接口DATA和SCK傳輸數(shù)據(jù),所以外圍硬件電路非常簡單。不過需要注意的是：時(shí)鐘線SCK用于保持AT89S52與SHT11之間通信的同步，DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻。因?yàn)榻涌诎送耆o態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒有特定的要求。例如：當(dāng)工作電壓大于4.5V時(shí)，SCK最高頻率為10MHz，而當(dāng)工作電壓小于4.5V時(shí)，時(shí)鐘線SCK最高頻率則為1MHz。溫濕度采集模塊原理圖如圖3-1所示：圖3-1溫濕度采集模塊原理圖3.2電源模塊3.2.1LM317芯片LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器。其輸出電壓圍是1.2V～37V，負(fù)載最大電流為1.5A。使用方法非常簡單，僅僅通過兩個(gè)外接電阻就可以設(shè)置好輸出電壓。此外，它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。穩(wěn)壓器部置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路，通常不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。改變輸出電容即能改變瞬態(tài)響應(yīng)，調(diào)整端使用濾波電容即能夠得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。當(dāng)然，LM317有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。需要注意的是：輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓。輸入電要最高不能超過40V，輸出電流最好不超過1A。輸入12V的話，輸出最高就是10V左右。因?yàn)樗窟€是線性穩(wěn)壓，所以功耗比較大。當(dāng)輸入輸出電壓差比較大且輸出電流也比較大時(shí)，注意保持LM317的功耗不要過大。一般加散熱片后功耗不會(huì)超過20W。因此當(dāng)壓差較大時(shí)需要分檔調(diào)壓。3.2.278L05芯片78L05是一種固定電壓(5V)三端集成穩(wěn)壓器，其適用于很多應(yīng)用場合。像牽涉到單點(diǎn)穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的在-卡調(diào)節(jié)。此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源,如可驅(qū)動(dòng)輸出電流高達(dá)100毫安的穩(wěn)壓器。其卓越的部電流限制和熱關(guān)斷特性使之特別適用于過載的情況。當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管-電阻組的時(shí)候,其輸出阻抗得到有效的改善,其偏置電流大大減少。3.2.3電源模塊介紹因?yàn)閱纹瑱C(jī)所用電源為+5V，nRF401模塊所用電源為+3.3V，S3C2440所用電源為+1.25V。所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三種電源。本系統(tǒng)所用的基于LM317和78L05的電源模塊原理圖如圖3-2所示：圖3-2電源模塊原理圖3.3下位機(jī)液晶顯示模塊3.3.1DM12864M顯示模塊DM12864M是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。它主要采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理由行驅(qū)動(dòng)—控制器和列驅(qū)動(dòng)器兩部分組成了128(列)×64(行)的全點(diǎn)陣液晶顯示。此顯示器采了COB的軟封裝方式，通過導(dǎo)電橡膠和壓框連接LCD,使其壽命長，連接可靠。引腳信息如表3-2所示：表3-2DM12864M引腳與說明管腳號管腳名稱LEVER功能描述1VSS0電源地2VDD+5.0V電源電壓3V0-液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓4D/I(RS)H/LD/I=“H”表示DB7～DB0為顯示數(shù)據(jù)D/I=“L”表示DB7～DB0為顯示指令5R/WH/LR/W=“H”,E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7～DB0R/W=“H”,E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫到IR或DR6EH/LR/W=“L”，E信號下降沿鎖存到DB7～DB0R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7～DB07DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB0H/L數(shù)據(jù)線9DB0H/L數(shù)據(jù)線10DB0H/L數(shù)據(jù)線11DB0H/L數(shù)據(jù)線12DB0H/L數(shù)據(jù)線13DB0H/L數(shù)據(jù)線14DB0H/L數(shù)據(jù)線15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號16CS1H/LH:選擇芯片(左半屏)信號17RETH/L復(fù)位信號,低電平復(fù)位18VOUT-10VLCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓19LED+-LED背光板電源20LED--LED背光板電源3.3.2液晶顯示模塊DM12864M圖形液晶顯示模塊與MPU的連接方式有兩種：一種為直接訪問方式，一種為間接控制方式。本模塊采用第二種方式即間接控制方式，其中數(shù)據(jù)線接P1口，控制線接P2、P3口。本模塊原理圖如圖3-3所示：圖3-3液晶顯示模塊原理圖3.4無線數(shù)據(jù)傳輸模塊3.4.1nRF401芯片1.總體介紹本模塊采用的芯片為nRF401，是一個(gè)為433MHzISM頻段設(shè)計(jì)的真正單片UHF無線收發(fā)芯片，它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，nRF401最高工作速率可以達(dá)到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，最大發(fā)射功率是+10dBm；天線接口設(shè)計(jì)為0db高增益天線，以便于提高傳輸距離；nRF401還具有待機(jī)模式，這樣可以更省電和高效；nRF401的工作電壓圍可以從2.7～5V。nRF401是真正的單片F(xiàn)SK收發(fā)芯片，僅僅需要非常少的外圍元件，無需進(jìn)行初始化和配置，不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，最高速率可達(dá)20Kbps，擁有2個(gè)工作頻道，較寬的工作電壓圍并且低功耗。引腳與說明如表3-3所示：表3-3nRF401引腳說明引腳名稱功能說明1XC1輸入晶振輸入2VDD電源電源+3～5V3VSS地電源地4FILT1輸入環(huán)路濾波器5VCO1輸入VCO電感6VCO2輸入VCO電感7VSS地電源地8VDD電源電源+3～5V9DIN輸入數(shù)據(jù)輸入10DOUT輸出數(shù)據(jù)輸出11RF_PWR輸入發(fā)射功率設(shè)置12CS輸入頻道選擇:CS=0—頻道一433.92MHzCS=1—頻道二434.33MHz13VDD電源電源+3～5V14VSS地電源地15ANT2輸入/輸出天線終端16ANT1輸入/輸出天線終端17VSS地電源地18PWR_UP輸入節(jié)電控制，PWR_UP=1—Powerup(Operatingmode)19TXEN輸入發(fā)射/接收控制：TXEN=1—Transmitmode，TXEN=0—Receivemode20XC2輸出晶振輸出2.模式切換：1）TX→RX的切換：當(dāng)從RX→TX模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸入腳DIN必須保持為高至少1ms才能發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)從TX→RX模式時(shí)，數(shù)據(jù)輸出腳DOUT要至少3ms以后有數(shù)據(jù)輸出。2）Standby→RX的切換：從待機(jī)模式到接收模式，當(dāng)PWR_UP輸入設(shè)成1時(shí)，經(jīng)過tSR時(shí)間后DOUT腳輸出數(shù)據(jù)才有效，對nRF401來說tST最長的時(shí)間是3ms。3）Standby→TX的切換：從待機(jī)模式到發(fā)射模式，所需穩(wěn)定的最大時(shí)間是tST約為2ms。4）PowerUp→TX的切換：從加電到發(fā)射模式過程中,為了避免開機(jī)時(shí)產(chǎn)生干擾和輻射,在上電過程中TXEN的輸入腳必須保持為低，以便于頻率合成器進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)由上電進(jìn)入發(fā)射模式時(shí)TXEN必須保持1ms以后才可以往DIN發(fā)送數(shù)據(jù)。5）PowerUp→RX的切換：從上電到接收模式過程中，芯片將不會(huì)接收數(shù)據(jù)DOUT也不會(huì)有有效數(shù)據(jù)輸出，直到電壓穩(wěn)定達(dá)到2.7V以上，并且至少保持5ms。如果采用外部振蕩器，這個(gè)時(shí)間可以縮短到3ms。3.4.2無線傳輸模塊介紹本模塊主要有nRF401、外圍器件以與高增益天線組成。可以完成數(shù)據(jù)或命令的發(fā)送與接受。本模塊原理圖如圖3-4、3-5所示：圖3-4無線傳輸模塊發(fā)送原理圖圖3-5無線傳輸模塊接收原理圖3.5ARM外接存儲(chǔ)器模塊3.5.1外接NANDFLASHNandFlash存是Flash存的一種，其部采用非線性宏單元模式，為固態(tài)大容量存的實(shí)現(xiàn)提供了廉價(jià)有效的解決方案。NandFlash存儲(chǔ)器具有容量較大，改寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，因而在業(yè)界得到了越來越廣泛的應(yīng)用，如嵌入式產(chǎn)品中包括數(shù)碼相機(jī)、MP3隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。S3C2440外接NANDFALSH的原理圖如圖3-6所示：圖3-6外接NANDFALSH原理圖3.5.2外接SDRAMSDRAM(SynchronousDynamicRandomAccessMemory):同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，同步是指Memory工作需要同步時(shí)鐘，部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲(chǔ)，而是自由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。ARM外接SDRAM原理圖如圖3-7所示：圖3-7外接SDRAM原理圖3.6上位機(jī)顯示模塊要想使LCD屏顯示，不僅需要LCD驅(qū)動(dòng)器，而且還需要相應(yīng)的LCD控制器。通常LCD驅(qū)動(dòng)器會(huì)以COF/COG的形式與LCD玻璃基板制做在一起，而LCD控制器則由外部電路來實(shí)現(xiàn)。而S3C2440部已經(jīng)集成了LCD控制器，因此可以很方便地去控制各種類型的LCD屏，例如：STN和TFT屏。由于TFT屏將是今后應(yīng)用的主流，因此重點(diǎn)圍繞TFT屏的控制來進(jìn)行。S3C2440LCD控制器的特性：TFT屏－支持單色、4級灰度、256色的調(diào)色板顯示模式－支持64K和16M色非調(diào)色板顯示模式－支持分辯率為640*480，320*240與其它多種規(guī)格的LCD對于控制TFT屏來說，除了要給它送視頻資料（VD[23:0]）以外，還有以下一些信號是必不可少的，分別是：VSYNC（VFRAME）：幀同步信號HSYNC（VLINE）：行同步信號VCLK：像數(shù)時(shí)鐘信號VDEN（VM）：數(shù)據(jù)有效標(biāo)志信號。本模塊采用的液晶顯示屏為觸摸屏LTV350QV-F0E。顯示模塊原理圖如圖3-8所示：圖3-8上位機(jī)顯示原理圖第四章軟件設(shè)計(jì)4.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)的流程圖如圖4-1所示：圖4-1下位機(jī)流程圖軟件設(shè)計(jì)流程是：首先，單片機(jī)進(jìn)行初始化，然后打開必要的中斷，接著，單片機(jī)判斷是否收到上位機(jī)的采集溫濕度指令。如果沒有收到，則向上位機(jī)發(fā)送請求發(fā)送指令，再判斷是否收到重發(fā)指令，若收到，則重新發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，若未收到，則重新判斷是否接收到請求發(fā)送指令；如果收到采集指令，則NRF401進(jìn)行初始化，設(shè)為發(fā)送狀態(tài)，接著，調(diào)用DM12864M的顯示子函數(shù)，再調(diào)用NRF401的發(fā)送子函數(shù)，然后發(fā)送“發(fā)送完畢”指令到上位機(jī)，再把NRF401置為接收狀態(tài)。然后按上述進(jìn)行循環(huán)。下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：初始化函數(shù)、發(fā)送函數(shù)、采集函數(shù)、顯示函數(shù)等。4.1.1數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)AT89S52和溫濕度傳感器SHT11通過串行二線接口SCK和DATA進(jìn)行通信，其中SCK為時(shí)鐘線，DATA為數(shù)據(jù)線。因?yàn)樵摱€串行通信協(xié)議與I2C協(xié)議是不兼容的，所以在程序一開始，就需要用一組"啟動(dòng)傳輸"時(shí)序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)，如圖4-2所示。當(dāng)時(shí)鐘SCK為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)圖4-2數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)時(shí)序SHT11溫濕度測試時(shí)序如圖4-3所示：S地址和命令A(yù)CK測量數(shù)據(jù)（高）ACK數(shù)據(jù)（低）ACKCRCMACK圖4-3SHT11溫濕度測試時(shí)序圖SHT11總的測量時(shí)序如下：當(dāng)SCK為高電平時(shí)，DATA為低電平，然后SCK變?yōu)榈碗娖剑又?dāng)SCK再為高電平時(shí)，DATA也變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí)表示數(shù)據(jù)讀寫(啟動(dòng)序列)開始，然后發(fā)送一個(gè)8位的命令碼，包括3B的地址位和5B的命令位。發(fā)送完該命令碼，將DATA設(shè)為輸入狀態(tài)等待SHT11的響應(yīng)；SHT11接收到上述地址和命令碼后，會(huì)在第8個(gè)時(shí)鐘下降沿，將DATA線下拉為低電平作為從機(jī)的ACK；在第9個(gè)時(shí)鐘下降沿之后，從機(jī)釋放DATA(恢復(fù)高電平)總線；釋放總線后，SCK繼續(xù)發(fā)送一個(gè)周期的時(shí)鐘表示ACK，這時(shí)傳感器開始測量，約210ms(對應(yīng)14位精度)后，傳感器在DATA上送出低電平表示測量結(jié)束，這時(shí)送出測量數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和。接著，控制器可以在測量值LSB后，通過保持確認(rèn)位ACK高電平來中止通訊。在測量和通訊結(jié)束后，SHT11就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。由于微處理器通過二線串行數(shù)字接口訪問濕度傳感器SHT11，而訪問協(xié)議是芯片生產(chǎn)商自定義的，因此需要利用通用I/O口模擬該通信協(xié)議。本系統(tǒng)采用的是AT89S52，可以通過I/O口P2口模擬該通信協(xié)議。SHT11可以通過DATA數(shù)據(jù)總線直接輸出數(shù)字量濕度值。該濕度值稱為"相對濕度"，需要進(jìn)行線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后才能得到較為準(zhǔn)確的濕度值。由于相對濕度數(shù)字輸出特性呈一定的非線性，因此為了補(bǔ)償濕度傳感器的非線性，可按下式修正濕度值：其中，RHlinear為線性補(bǔ)償后濕度值，SORH為相對濕度測量值，C1、C2、C3為線性補(bǔ)償系數(shù)，取值如表4-1:表4-1濕度線性補(bǔ)償系數(shù)S0RHC1C2C312位-40.0405-2.8×10-68位-40.648-7.2×10-4因?yàn)闇囟葘τ兄鴿穸仁诛@著的影響，因此需要對上述計(jì)算得到的濕度用如下公式進(jìn)行補(bǔ)償：上式中，RHtrue為線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償后的濕度值，T為測量濕度時(shí)的溫度(℃)，t1和t2為溫度補(bǔ)償系數(shù)，取值如表4-2所示：表4-2濕度值補(bǔ)償系數(shù)SOTt1t212位0.010.000088位0.010.00128

因?yàn)镾HT11是采用PTAT能隙材料制成的溫度敏感元件，所以線性輸出特性非常好。因此實(shí)際溫度值可通過下式計(jì)算：T=d1+d2×SOT

在上式中，T為實(shí)際溫度，d1和d2為特定系數(shù)，d1、d2的大小分別取決于與SHT11工作電壓有關(guān)和其部A/D轉(zhuǎn)換器SOT，SOT為分辨率；其對應(yīng)關(guān)系分別如下表4-3和表4-4所示：表4-3d1與工作電壓的對應(yīng)關(guān)系VD0/Vd1/℃d1/℉5-40.00-40.004-39.75-39.503.5-39.65-39.353-39.60-39.282.5-39.55-39.23表4-4d2與分辨率的對應(yīng)關(guān)系SOTd2/℃d2/℉14位0.010.01812位0.010.072數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖4-4所示：圖4-4SHT11測量溫濕度程序流程圖程序主要函數(shù)與定義如下：#include<AT89S52.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#include<stdio.h>typedefunion{unsignedinti;floatf;}value;enum{TEMP,HUMI};voids_transstart(void);voids_connectionreset(void);chars_write_byte(unsignedcharvalue);chars_read_byte(unsignedcharack);chars_measure(unsignedchar*p_value,unsignedchar*p_checksum,unsignedcharmode);voidcalc_dht90(float*p_humidity,float*p_temperature);4.1.2下位機(jī)LCD顯示程序1.在編寫程序之前，需要了解DM12864M的部功能器件與相關(guān)功能，期間與功能如下：1）指令寄存器(IR)：用于寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對應(yīng)。當(dāng)D/I=0時(shí)，E信號為下降沿時(shí)，指令碼寫入IR。2）數(shù)據(jù)寄存器(DR)：用于寄存數(shù)據(jù)，與指令寄存器寄存指令相對應(yīng)。當(dāng)D/I=1時(shí)，在下降沿的作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入DR，或者在E信號高電平作用下由DR讀到DB7DB0數(shù)據(jù)總線。DR和DDRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊部自動(dòng)執(zhí)行的。3）忙標(biāo)志（BF）：用于提供部工作情況。BF=1時(shí)表示模塊在部操作，此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用STATUSREAD指令，可以將BF讀到DB7總線，從而檢驗(yàn)?zāi)K的工作狀態(tài)。4）顯示控制觸發(fā)器（DFF）：用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAYOFF），DDRAM的容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAYOFF）。其狀態(tài)是由指令DISPLAYON/OFF和RST信號控制的。5）XY地址計(jì)數(shù)器：一個(gè)9位計(jì)數(shù)器。高3位是X地址計(jì)數(shù)器，低6位為Y地址計(jì)數(shù)器，XY地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是DDRAM的地址指針，X地址計(jì)數(shù)器作為DDRAM的頁指針，Y地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的Y地址指針。X地址計(jì)數(shù)器是沒有記數(shù)功能的，只能用指令設(shè)置。Y地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后，Y地址自動(dòng)加1，Y地址指針從0到63。6）顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）：用于存儲(chǔ)圖形顯示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示非選擇。7）Z地址計(jì)數(shù)器：一個(gè)6位計(jì)數(shù)器，具備循環(huán)記數(shù)功能，主要用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成，此地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)，RST復(fù)位后Z地址計(jì)數(shù)器為0。另外，此計(jì)數(shù)器也可以用于指令DISPLAYSTARTLINE預(yù)置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。此模塊的DDRAM共64行，屏幕可以循環(huán)滾動(dòng)顯示64行。2.12864LCD液晶顯示模塊（即KS0108B與其兼容控制驅(qū)動(dòng)器）的指令系統(tǒng)比較簡單，總共只有七種。其指令表如表4-5所示：表4-512864指令表指令名稱控制信號控制代碼R/WRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0顯示開關(guān)0000111111/0顯示起始行設(shè)置0011XXXXXX頁設(shè)置0010111XXX列地址設(shè)置0001XXXXXX讀狀態(tài)10BUSY0ON/OFFRST0000寫數(shù)據(jù)01寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11讀數(shù)據(jù)DM12864M顯示流程圖如圖4-5所示：圖4-5顯示程序流程圖顯示程序主要函數(shù)與定義如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharsbitRS=P2^0;

sbitRW=P2^1;

sbitE=P3^2;

sbitBF=P1^7;

sbitCS1=P3^3;sbitCS2=P3^4;ucharcodeTab1[]={"溫度："};ucharcodeTab2[]={"℃"

};ucharcodeTab3[]={"

濕度："};ucharcodeTab4[]={"%"};ucharcodeTab2[]={"t"};ucharcodeTab2[]={"h"};voidDelay1mS(unsignedinttt)bitCheckBusy()voidWait()ucharRead_Data()ucharWrite_Data(uchardat)ucharWrite_Command(uchardat)ucharWrite_String(uchar*p)voidLCD_Init()voidSet_Position(ucharx,uchary)voiddisplay()

{

do{LCD_Init();

Set_Position(0,0);

Write_String(Tab1);

Set_Position(1,0);

Write_String(Tab5);Write_String(Tab2);

Set_Position(2,0);

Write_String(Tab3);

Set_Position(3,0);Write_String(Tab6);

Write_String(Tab4);

while(1);}}4.1.3nRF401數(shù)據(jù)發(fā)送軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的流程為：首先nRF401進(jìn)行初始化（清楚發(fā)送接收寄存器等），然后設(shè)置nRF401為發(fā)送狀態(tài)，延時(shí)5ms,接著將采集數(shù)據(jù)（即將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器），調(diào)用發(fā)送子函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，最后設(shè)置為接收狀態(tài)。該程序流程圖如圖4-6所示：圖4-6發(fā)送程序流程圖發(fā)送程序主要函數(shù)與定義如下：#include<reg52.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedintsbitTXEN=P2^2;

sbitCS=P2^4;

sbitPWR_UP=P2^3;voidClearT_buf();

voidClearR_buf();

voidDelay();voidGetData();

voidSend();

voidSendOver();voidtimer()interrupt1using2voidserial()interrupt4using1xdataucharFlag_Start=0;

xdataucharFlag_RSend=0;

xdataucharFlag_ReSend=0;

xdataucharFlag_Delay=1;xdataucharData[2];xdatauchartCount=0;

xdatauchart_buf[6];xdataucharrCount=0;

xdataucharr_buf[5];voidnRF401send(void)

{

ClearT_buf();

ClearR_buf();

TXEN=0;

PWR=1;

CS=0;

TXEN=1;

Delay();

GetData();

Send();

Flag_RSend=0;

SendOver();

}4.2上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)4.2.1WindowsCE移植BSP的移植是WindowsCE系統(tǒng)移植的重點(diǎn)，主要包括啟動(dòng)程序Bootloader、OEM適配層程序OAL、標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)板(SDB)本地驅(qū)動(dòng)程序以與一些文件配置的修改。下面重點(diǎn)介紹WindowsCEBSP移植的主要容和流程步驟：1.啟動(dòng)程序Bootloader的移植步驟修改Bootloader是移植WinCE系統(tǒng)第一步，也是關(guān)鍵的一步。只有得到一個(gè)穩(wěn)定工作的啟動(dòng)程序，才能夠完成WinCEBSP的移植。Bootloader主要用于管理目標(biāo)平臺(tái)的啟動(dòng)過程，它是一段單獨(dú)的程序代碼，通過這段小程序可以初始化硬件設(shè)備、建立存空間的映射圖和下載操作系統(tǒng)的映像文件等，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，它一般存放于目標(biāo)平臺(tái)的非易失存儲(chǔ)介質(zhì)中（如ROM或Flash等）。對于Bootloader的功能,對于不同的用途其區(qū)別很大。比如，在桌面Windows版的PC硬件平臺(tái)上，由于硬件啟動(dòng)是通過BIOS而不是通過Bootloader，因此Bootloader就無需對CPU加電后的初始化做任何工作；不同的是，在嵌入式WinCE平臺(tái)上，Bootloader是最先被執(zhí)行的程序，因此就必須包括加電初始化程序，同時(shí)通常Bootloader必須具有下載WindowsCE映像的功能。由于Bootloader既會(huì)涉與到基本的硬件操作，又會(huì)又涉與到以太網(wǎng)下載協(xié)議和映像文檔格式。所以如果從零開發(fā)實(shí)現(xiàn)的話會(huì)需要相當(dāng)長的時(shí)間，通常的做法是修改微軟為每種類型的CPU提供的某種標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)板的Bootloader例程。Bootloader的主要移植步驟一般為：1）是修改相應(yīng)的dir、source文件；2）是修改makefile.inc；3)是修改boot.bib，使其不與config.bib中的存分配造成沖突；4)是改進(jìn)eboot，因?yàn)閑boot燒寫NK.BIN的時(shí)候需要查找BINFS分區(qū)，然后把下載的image燒寫到BINFS分區(qū)。2.OAL的移植OAL（OEMAdaptionLayer）即原始設(shè)備制造商適配層。它是位于WinCE核和目標(biāo)硬件平臺(tái)之間的一個(gè)代碼層，OAL主要負(fù)責(zé)WinCE與硬件通信，它與CPU、中斷、存、時(shí)鐘和調(diào)試口等核心設(shè)備相關(guān)，也是OAL各個(gè)模塊代碼被編譯后（.lib）和其它核庫到一起形成WinCE的核可執(zhí)行文檔NK.EXE的關(guān)鍵。簡單說來，OAL的功能是屏蔽CPU平臺(tái)的細(xì)節(jié)和抽象硬件功能，以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)核的可移植性。WinCE安裝目錄的子目錄常都會(huì)包含OAL的部分源碼。OAL的移植實(shí)現(xiàn)是在fwxsc1.s、main.c、Flash.c、Edeviceinit.c等文件中，根據(jù)實(shí)際需要修改相應(yīng)的代碼即可實(shí)現(xiàn)。在OAL移植過程中，主要是修改的函數(shù)為：Startup.s函數(shù)、串口調(diào)試函數(shù)、OEMInit函數(shù)、系統(tǒng)時(shí)鐘函數(shù)和中斷處理函數(shù)等。大多數(shù)情況下只要對OAL修改即可。3.驅(qū)動(dòng)程序的移植和開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序（DeviceDrivers）是指能夠管理虛擬或者物理設(shè)備、協(xié)議、服務(wù)等的一段軟件模塊，操作系統(tǒng)是通過驅(qū)動(dòng)程序直接和硬件打交道的。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序能為WinCE提供設(shè)備控制功能，包括：LCD/LED/VGA/SVGA顯示設(shè)備、鼠標(biāo)、鍵盤和觸摸屏等。4.平臺(tái)配置文件的修改平臺(tái)配置文件包括源代碼配置文件和操作系統(tǒng)鏡像配置文件。源代碼配置文件主要是告訴編譯工具需要的路徑，包括Dirs文件、Sources文件和Makefile文件等。操作系統(tǒng)鏡像配置文件則主要用于給Makeimag工具生成操作系統(tǒng)鏡像，包括.bib、.reg、.dat、.db等文件。因此，在進(jìn)行BSP移植的時(shí)候，也需要對這些配置文件進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮妥兏?.2.2nRF401接收軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程為：首先對nRF401進(jìn)行初始化，然后將TXEN置0，設(shè)為接收狀態(tài)，接著判定發(fā)送數(shù)據(jù)的標(biāo)志是否為1，如果是的話，則調(diào)用接收子函數(shù)Receive(),接收完畢后，存儲(chǔ)到接收存儲(chǔ)器。如果標(biāo)志不為1，則重新設(shè)為接收狀態(tài)，然后重復(fù)上述步驟。接收程序框圖如圖4-7所示：圖4-7接收程序流程圖4.2.3液晶觸摸屏顯示軟件設(shè)計(jì)S3C2440中，REGBANK是LCD控制器的寄存器組，用來對LCD控制器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。而LCDCDMA則是LCD控制器專用的DMA信道，負(fù)責(zé)將資料從系統(tǒng)總線（SystemBus）上取來，通過VIDPRCS從VD[23:0]發(fā)送給LCD屏。同時(shí)TIMEGEN和LPC3600負(fù)責(zé)產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時(shí)序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后從VIDEOMUX送給LCD屏。TFT屏?xí)r序分析是:VSYNC是幀同步信號，VSYNC每發(fā)出1個(gè)脈沖，都意味著新的1屏資料開始發(fā)送。而HSYNC為行同步信號，每個(gè)HSYNC脈沖都表明新的1行資料開始發(fā)送。而VDEN則用來標(biāo)明資料的有效，VCLK是用來鎖存資料的像數(shù)時(shí)鐘。并且在幀同步以與行同步的頭尾都必須留有回掃時(shí)間，例如對于VSYNC來說前回掃時(shí)間就是（VSPW+1）＋（VBPD+1），后回掃時(shí)間就是（VFPD+1）；HSYNC亦類同。這樣的時(shí)序要當(dāng)初CRT顯示器由于電子槍偏轉(zhuǎn)需要時(shí)間，但后來成了實(shí)際上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，乃至于后來出現(xiàn)的TFT屏為了在時(shí)序上于CRT兼容，也采用了這樣的控制時(shí)序。第五章總結(jié)本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)基于ARM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在實(shí)際中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無處不在，應(yīng)用十分廣泛。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，無線技術(shù)發(fā)展越來越成熟，因其具有不用布線、實(shí)時(shí)性好、容易重新部署等優(yōu)點(diǎn)，越來越廣泛地應(yīng)用在社會(huì)生活生產(chǎn)中。因此本文研究的是遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)控制器由上位機(jī)和上位機(jī)組成，下位機(jī)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集端，采用的是51系列單片機(jī)AT89S52，作為數(shù)據(jù)采集的核心，可以控制數(shù)據(jù)采集命令接收、數(shù)據(jù)發(fā)送、接收與顯示。上位機(jī)則應(yīng)用上位機(jī)，采用的是ARM系列微處理器S3C2440作為接收控制的核心，可以控制采集命令發(fā)送、數(shù)據(jù)接收與顯示。本論文詳細(xì)介紹了基于ARM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究背景、當(dāng)前研究概況、硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)?；就瓿闪吮敬卧O(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無線溫濕度的數(shù)據(jù)采集與控制。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常利用PC作為接收端，但不方便移動(dòng)，而本文創(chuàng)新地把ARM微處理器用作上位機(jī)的核心，不僅實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)要求，而且具有體積小、成本低、易維護(hù)、移動(dòng)性能好、易部署等優(yōu)點(diǎn)，也較好得完成了所需的功能。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)自己存在了以下幾個(gè)問題：1.沒有做好總體規(guī)劃，快速入題。拿到畢設(shè)題目要盡快把自己的藍(lán)圖勾畫出來，做好總體規(guī)劃。而我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，都過了兩三周才規(guī)劃好。2.缺乏針對性編程。一定要邊做邊學(xué)軟件，千萬不能在做畢設(shè)期間，拿著軟件教程從頭學(xué)習(xí)，最好是根據(jù)已有論文資料中提到的軟件用途，有針對性的學(xué)。3.沒有調(diào)整好狀態(tài)，特別是是最后的幾天。畢設(shè)越到最后階段，越要有毅力和狀態(tài)，不能前緊后松，覺得前面做了不少，后面可以放松了。論文提交的前幾天，要不厭其煩的檢查論文，包括容，格式等。最好要分類檢查：圖、表、公式、字體、行距、對齊，這樣才能確保萬無一失。做好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為大學(xué)四年劃上一個(gè)圓滿的句號。四年了,感覺就在一眨眼之間結(jié)束了我的大學(xué)生涯.畢業(yè),最重要的一個(gè)過程,最能把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中的過程就是畢業(yè)設(shè)計(jì)了。畢業(yè)設(shè)計(jì)的三個(gè)月,我學(xué)到了很多,也成熟了很多。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，每一步都是自己親自做過的，遇到的問題也非常多，從遇到問題，思索問題到解決問題，在這樣的過程中收獲是最多的。以前沒有注意到的問題，都在這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細(xì)心，耐心和專心。我覺得能夠在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到很多的東西，以往不注意的細(xì)節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。也是我這四年來所學(xué)到知識(shí)的一個(gè)體現(xiàn)。我深深知道,每一次的學(xué)習(xí)實(shí)踐的機(jī)會(huì)都是來之不易的,都是通過老師的深思熟慮后,才給我們定下目標(biāo)。然后讓我們在知識(shí)的海洋里翱翔,讓我們隨著年齡的增長不斷的擴(kuò)充自己的知識(shí)領(lǐng)域,也逐漸成熟,逐漸長大,老師同時(shí)也教導(dǎo)我們逐漸成為一個(gè)能夠?yàn)樯磉叺娜?為家庭,為國家做出點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的人,教導(dǎo)我們學(xué)會(huì)感恩.所以,我在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,認(rèn)真對待每一個(gè)過程,希望自己的認(rèn)真,自己最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果能夠回報(bào)老師這么多年來的教導(dǎo),這么多年的奉獻(xiàn)。

致在論文即將完成之際，對所有關(guān)心支持我的老師，同學(xué)，朋友表達(dá)我最真摯的感。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在魯老師的悉心指導(dǎo)下完成的，并在各個(gè)方面給予了我大力支持，無論是硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)，無論是設(shè)計(jì)思路還是論文寫作，都給予了我極大的幫助與支持。非常感魯老師對我的關(guān)心與幫助。畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我遇到了許多問題，是魯老師耐心、不辭辛苦的進(jìn)行指導(dǎo)和幫助，才使我完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。他的指導(dǎo)不僅讓我對所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了查漏補(bǔ)缺，而且告訴了我對待難題的處理態(tài)度和處理方法，我想這才是更重要的。相信在以后的學(xué)習(xí)中這些方法態(tài)度會(huì)給我很大的幫助。在此次為期3個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們把大學(xué)所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，不僅對知識(shí)有了更深層的理解，而且鍛煉了自己的動(dòng)手能力，發(fā)散了自己的思維。老師就是我們的第二父母,在很快就要離校了，在離開學(xué)校之前,我唯一能做的就是真誠的向我們這么可愛平時(shí)又那么嚴(yán)肅的老師說聲:,您們辛苦了！您們對我們的關(guān)愛,對我們的無私奉獻(xiàn)，感您們4年來對我們的關(guān)心、鼓勵(lì)與教育。感大學(xué)期間的所有同學(xué)和朋友們，他們在生活上、學(xué)習(xí)上給予我關(guān)心、支持和幫助，我將永遠(yuǎn)銘記于心。感他們給我了一份美好的大學(xué)回憶。最后，我要特別感我的父母多年來對我的關(guān)愛。在我的求學(xué)生涯中，我的每一點(diǎn)進(jìn)步、每一份成績都與他們的鼓勵(lì)和全力支持分不開。謹(jǐn)向我的父母表達(dá)我深深的感激之情。參考文獻(xiàn)[1]紅波.\o""ARM與\o"嵌入式技術(shù)"嵌入式技術(shù)[M].:電子工業(yè),2006[2]王宜懷,曉升.嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐[M].:清華大學(xué),2007[3]邱毅凌.現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)開發(fā)專案實(shí)務(wù)[M]:電子工業(yè)，2005[4]忠.嵌入式開發(fā)詳解[M].:電子工業(yè)，2011[5]朝青等.數(shù)字IC技術(shù)手冊[M].:航空航天大學(xué)，2002[6]周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].:航空航天大學(xué)，2008[7]齊，杜群貴.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)——基于C語言編程[M].：電子工業(yè)，2004：23-96.[8]徐家棟,昌龍.LED顯示屏軟件系統(tǒng)開發(fā).長城光電科技發(fā)展,2006年[9]杜華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用[M].:華中科技大學(xué),2002.[10]華敏,黎莉.彩色液晶智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2003(6)[11]應(yīng)根裕,胡文波,邱勇.平板顯示技術(shù)[M].人民郵電,2002[12]毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].高等教育，2003[13]戴佳，戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].電子工業(yè)，2006[14]溫濕度傳感器SHT11的感測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[Z].dangle2046.blog.163./blog/static/929553/[15]解威.多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].:工業(yè)大學(xué).2010[16]茵.遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[D].：中南大學(xué).2005[17]M.Mansouri-SmaaniandM.Slmoan，“MonitoringDistributedSystems”inNetworkandDistributedSystemsManagement[M]，Addisson-Wesley.1994.[18]ARMDevelopmentGuide[Z].ARMLimited,2000-2001.附錄附錄1.下位機(jī)原理圖附錄2.上位機(jī)原理圖附錄3.詳細(xì)系統(tǒng)程序#i