西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）ARM嵌入式系統(tǒng)教學(xué)設(shè)備研制摘要：ARM系列32位RISC微處理器，是嵌入式系統(tǒng)的核心控制模塊，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)、通訊、工業(yè)測控、信息產(chǎn)品等各種中高端產(chǎn)品，如我們熟悉的移動電話、機頂盒、游戲機、汽車產(chǎn)品等。ARM處理器以其完整的體系結(jié)構(gòu)和高性能、低功耗、低成本、小體積等優(yōu)勢，在現(xiàn)代高科技中得到了廣泛的應(yīng)用。ARMLCD口、網(wǎng)卡接口、JTAG接口、聲卡接口、SD卡存儲接口、CAN接口、紅外收發(fā)、以太網(wǎng)RJ-45接口、獨立按鍵等接口，功能豐富，可適用于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)及工業(yè)測控等用途。關(guān)鍵字：ARM；處理器；LCD；教學(xué)DevelopmentforARMEmbeddedsystemteachingequipmentAbstract：ARMseries32bitRISCmicroprocessoristhecoreof Embeddedsystem.Itbeusedtovarioushigh-endproduceswidely,asnetwork,communication,industrymeasure&control,informationproductetc.Asmobiletelephone,STB,playmachine,mobileproducesareallfamiliarapplications.ARMprocessorapplyinmodernscienceandtechmologywidely,owingtoitwasofexcellentperformance ，lowpowerconsume,lowpriceandsmallsize.BasedonARMcorehigh-endembeddedsystemboardincludesvariousinterfaces,forexample,Theaudio，SDcard，CAN，infraredtransceiver，EthernetRJ-45，independentbuttonsandotherinterface,Whichsuitableforteachingapplicationsandindustrymeasure&control.Keywords：ARM；Processor；LCD；Teaching西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）1 緒論技術(shù)背景SOC（片上系統(tǒng)。通用計算機和嵌入式微處理器根據(jù)不同用途，具嵌入式計算機系統(tǒng)則為滿足控制對象要求，按照嵌入式、智能化的路線發(fā)展。32位單片機+專用操作系統(tǒng)”的微型計算機系統(tǒng)，是計算機科學(xué)的重要分支。目前，嵌入式系統(tǒng)已得到廣選題意義目前，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用日益普及，遍及各個應(yīng)用領(lǐng)域，國際上形成了ARM32系統(tǒng)實驗室，花巨資籌建嵌入式系統(tǒng)實驗室，購置了嵌入式系統(tǒng)實驗教學(xué)設(shè)備，4之一。083又開發(fā)設(shè)計了Ⅱ型多功能用戶板，包括：816322010真技術(shù)、PCB工程設(shè)計、電子測量技術(shù)等，是我在校所學(xué)知識的綜合應(yīng)用。2工具軟件介紹電路仿真軟件介紹Multisim是新一代電路設(shè)計和仿真工具軟件，具有下述特點：強大的仿真能力SPICE3F5XspiceElectronicworkbench帶有1西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）SPICERFMCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ堋ＸS富的元器件庫17000件。直觀的圖形界面2.1所示MCU

圖2.1 Multisim操作界面4RAMROMLCD4C16RAM、特殊功能寄存器等高級調(diào)試功能。完善的后處理功能運算、復(fù)合運算、向量運算和邏輯運算等。2西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）豐富的測試儀器提供了多種虛擬儀器進行電路動作的測量：Multimeter(萬用表)、FunctionGeneratoer(函數(shù)信號發(fā)生器)Wattmeter(瓦特表)Oscilloscope(示波器)Plotter(波特儀)WordGenerator(字符發(fā)生器)、LogicAnalyzer(邏輯分析儀)、LogicConverter(邏輯轉(zhuǎn)換儀)、DistortionAnalyer(失真度儀)等等。MultisimLabVIEW自定義儀器。完備的分析手段MultisimtOperatingPoint直流工作點分析ACAnalysis（交流分析）TransientAnalysis（瞬態(tài)分析）FourierAnalysis（傅里葉分析噪聲分析）Distortion失真度分析SweepAnalysis（直流掃描分析）等。PCB設(shè)計軟件Protel DXP2004Altium2004軟件能實現(xiàn)從概念設(shè)計、頂層設(shè)計直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)的管理。ProtelDXP2004是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，包括：SCH（原理圖）SCH（原理圖）PCB（印制電路板）AutoRouter（自動布線器）和FPGA設(shè)計等，覆蓋了以PCB為核心的整個物理設(shè)計。該軟件將項目管理方式、原理圖和PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計、拓樸自動布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計提供了強大的支持。人性化的圖形界面33西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖2.2 ProtelDXP2004圖形界面改善的列表視圖編輯入立即編輯此單元。這些改善使列表面板功能更加的強大且更易使用。查詢系統(tǒng)的改善Protel加高效。支持多種語言DXP2004平臺已被升級為安裝有對簡體中文，日語，德語，法語的支持。全部的菜單項和大多數(shù)對話框文本現(xiàn)在已經(jīng)可以通過選擇被表示其中任意一種語言。系統(tǒng)優(yōu)先設(shè)定的集中化的效率。新的庫查找工具其他任務(wù)時進行，因此用戶可以在使用查找工具時瀏覽和放置結(jié)果。庫編輯的改善在元件庫面板面向原理圖和PCB庫的一個新的編輯元件/封裝的命令已可以使用。此命令打開適當(dāng)?shù)膸觳⑦x擇當(dāng)前的元件/封裝。3功能模塊介紹ARM主控芯片本產(chǎn)品選用NXP公司的LPC2378作為系統(tǒng)主控芯片。產(chǎn)品特點NXPLPC2378ARM7TDMI-S32RSIC微處理，帶有Thumb指令擴展，片內(nèi)集成：512KBFlashISPIAP，58KSRAM；主頻高達72MHz，片內(nèi)集成：晶振，4MHzRC晶振，PLL加強型矢量中斷控制器，10/100MCAN2.0B接口，通用DMAUARTModemI2CSPI/SSP串行接口，I2S接口，SD/MMC記憶卡接口，610ADC，110DAC，4324西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）位捕獲/比較時鐘，看門狗時鐘，PWM模塊支持3相馬達控制，RTC實時鐘帶可選后備電池。技術(shù)特性★72MHz、32位的ARM7TDMI-S，帶AHB/APB接口512KBISP/IAPFlash58KBSRAM★Flashbootloader軟件實現(xiàn)★10/100EthernetMACDMA控制器USB2.0（12Mbps）PHYDMA控制器★2路CAN2.0B總線接口DMA控制器★10A/D10D/A轉(zhuǎn)換器★多個串行接口：3個I2C、1個I2S、4個UART和3個SPI/SSP★4個32位定時器/計數(shù)器★實時時鐘和看門狗定時器★4MHz內(nèi)部RC（IRC）振蕩器，可以調(diào)節(jié)到1﹪的精度★加密數(shù)字（SD）存儲卡接口供電電源電路的設(shè)計設(shè)計思路考慮到多種供電源：USBJ_LINK供電和交直流供電。由三部分組成：★橋式整流（DB104橋式整流器。★濾波電路（采用大電容與小電容并聯(lián)方式濾波?！锓€(wěn)壓電路（采用LM1117_5與LM117_3.3穩(wěn)壓芯片提供5V與3.3V電壓。簡單工作原理說明6V9VLM1117_5LM117_3.35V3.3V電壓。原理電路如3.1所示55西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖3.1電源電路直流掃描分析如3.3所示圖3.2直流掃描分析音頻輸入電路音頻輸入電路設(shè)計器件選擇MicrochipTechnologyMCP601。2.7V230μA范圍低于系統(tǒng)地電平0.3V，使得該系列放大器十分適合單電源運行方式。由于靜態(tài)期的效果。原理電路6西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖3.3音頻輸入電路及簡單工作原理時域仿真波形頻域仿真波形

圖3.4時域仿真波形77西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖3.5頻域仿真波形音頻輸出電路音頻輸出電路設(shè)計器件選擇NationalLM386。20182006V24mWLM386于電池供電的場合。原理電路圖3.6音頻輸出電路時域仿真波形8西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖3.7仿真波形頻域仿真波形圖3.8頻域仿真CANCANBOSCH公司為實現(xiàn)汽車測量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信而設(shè)計的一種現(xiàn)場總線，CAN1MbpsCAN總線通信采用短幀結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間短，受干擾的幾率低，并且CANCAN總線定義CANCAN1109西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）CAN總線通信有相當(dāng)?shù)撵`活性。CAN總線接口電路的設(shè)計意義CAN離，實際應(yīng)用中多采用MCP2551CAN控制器與物理總線間的接口，即CANCANCAN控制器與收發(fā)器之間設(shè)置光電隔離電路。CAN總線設(shè)計中的關(guān)鍵問題CAN總線有效回路MCP2551CAN收發(fā)器本身具備瞬間抗干擾、降低射頻干擾（RFI）以及實現(xiàn)熱保護的能力，其具有電流限制電CAN總線有效回路信號的傳輸延遲時間。CANMCP2551介紹MCP2551為一款高速的CAN1MbpsISO-1189812V24V系統(tǒng)、外部控制降低射頻干擾、3.10所示管腳圖圖3.10 MCP2551管腳圖管腳功能說明MCP25518個管腳：1腳為數(shù)據(jù)發(fā)送端，2腳為接地端，3腳為電源輸入CAN高電平電壓，8腳為平衡控制輸入。10西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）CAN總線接口電路原理圖如圖3.11所示:圖3.11 CAN接口電路網(wǎng)卡電路的設(shè)計網(wǎng)卡簡述與功能能網(wǎng)卡上面裝有處理器和存儲器（括RAM和RO3.6.2 KS8721BLKS8721BL是一款基于10BASE-T109BASE-TX和100BASE-FX的物理層傳輸提MII/RMII3.6.2 KS8721BLKS8721BL是一款基于10BASE-T109BASE-TX和100BASE-FX的物理層傳輸提MII/RMIIMAC的轉(zhuǎn)換，使用獨特的混合信號設(shè)計，擴展信號的距離，同11西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）KS8721BL/SL自動配置100Mbps或10MbpsMDI/MDIXdetec-tionKS8721BL/SL10BASE-TX的，和100BASE-FX的應(yīng)用。3.6.3 網(wǎng)卡電路原理圖如圖3.12所示圖3.7圖3.12網(wǎng)卡電路原理圖12整機原理電路

西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）4 成果展示PCB設(shè)計

圖4.1整機原理圖1313西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）圖4.2PCB圖4.3所示仿真設(shè)計心的

5 設(shè)計總結(jié)及心的的縮短了工作時間，提高了工作效率。PCB設(shè)計問題14 西安歐亞學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計） PCB設(shè)計是整個畢業(yè)設(shè)計工作中最為重要的一部分內(nèi)容，也