简易数字示波器设计Word文档下载推荐.docx
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而应用ARM则减少了这方面的问题。
在嵌入式处理器设计领域,RISC[1]已经成为处理器结构设计的必然选择。
嵌入式微处理器嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
并且该系统是以提高对象体系智能性、控制力和人机交互能力为目的,通过相互作用和内在指标评定的,嵌入到对象体系中的专用计算机系统。
而嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心部件,是决定嵌入式系统功能强弱的主要因素,也决定了嵌入式系统的应用范围和开发复杂度。
本设计需要解决的问题包括硬件部分和软件部分。
硬件部分的设计主要是芯片选择,控件的选择,放大倍数的控制,衰减倍数的选择。
软件部分的设计主要是驱动程序的编译,主函数主要功能的实现,按键控制的选择。
第三章硬件结构
3.15V电源电路
LPC2200系列ARM7微控制器均要使用两组电(LPC213x,LPC214x除外),I/O口供电电源为3.3V,内核及芯片外设供电电源为1.8V,所以系统设计为3.3V应用系统。
首先有CZ1电源接口输入9V直流电源,二极管D1防止电源反接,经过C42,C44滤波,然后通过LM2575将电源稳压の5V,再使用LDO芯片(低压差芯片)稳压输出3.3V及1.8V电压。
如图所示(1-1),所设计的5V电源电路的稳压芯片使用的是LM2575开关电源芯片。
图3-1(5V电源电路)
3.2系统电源电路
系统电源电路如图1-2所示,LDO芯片分别采用SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3,其特点为输出电流大,输出电压精度高,稳定性好。
犹豫LPC2200系列ARM7微控制器具有独立的模拟电源和模拟地引脚,为了降低噪声和出错几率,模拟电源与数字电源应该隔离。
这里使用10uH的电感L2~L4实现电源隔离(将高频噪声隔离),并且在设计PCB板时采用大面积敷地,以降低噪声。
图3-2(系统电路)
3.3复位电路
由于ARM芯片的告诉、低功耗和的工作电压导致其噪声容限低,对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。
如图1-3所示。
图3-3(系统复位电路)
3.4JTAG接口电路
采用RAM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口,JTAG信号的定义以及与LPC2210的连接如图1-4所示。
图中,JTAG接口上的信号nTRST连接到LPC2210芯片的T\R\S\T\引脚,以达到控制LPC2210内部JTAG接口电路复位的目的(但不控制CPU复位)。
图3-4(JTAG接口电路)
3.5系统存储器电路
SartARM2200j教学实验开发平台上扩展了2MBNORFLASH(型号为SST39VF160)和8MBPSRAM(芯片型号为MT45W4MW16),电路如图1-5。
为了方便程序调试及最终代码的固化应用,使用LPC2210外部存储接口的BANK0和BANK1地址空间,并且可以通过JP10跳线将片选信号CS0和CS1分别分配给SRAM或FLASH。
在使用JTAG调试程序时,分配SPRAM为BANK0地址,因为BANK0可以进行异常向量表的重新映射操作。
当最终代码固化到FLASH时,分配FLASH为BANK0地址,SRAM为BANK1地址。
这是因为BANK0可以用来引导程序运行。
若使用BANK0引导程序运行,将JP9短接到OUTSIDE端,使系统复位时BOOT1和BOOT0引脚的电平为0b01(即二进制值01).
图3-5(系统存储器电路)
3.6TFT液晶接口电路
SmartARM2200教学实验开发平台标配有2.2英寸液晶屏-TF6758液晶模块,其电路原理如图1-6所示。
TFT6758液晶模块的工作电压为3.3V,内带白光LED背光灯,可以直接使用8位、16位或18位总线方式与控制器连接(因为液晶模块内部包含了HD66781和HD66783液晶控制驱动器)。
为了得到更搞的数据传输速率,设计电路时采用16位总线接口,按照HD66781芯片说明,需要IM3和IM0引脚0电平,16位数据分别为DB17~DB10和DB8~DB1引脚,为使用的DB0和DB9引脚应接地,电路连接如图1-6所示。
因为不使用DMA传输功能,所以将DACK引脚接为高电平。
图3-6(TFT6758液晶模块应用电路)
3.7串口接口电路
由于系统电源是3.3V,所以应使用SP3232E进行RS232电平转换,SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片。
如图1-7所示
图3-7(串口接口电路)
3.8ADC电路
PC2114/2124/2119/2129/2194具有4路10位ADC转换器,LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294具有8路10位ADC转换器,其参考电压为3.3V(由V3a引脚提供),参考电压的精度会影响ADC的转换结果。
SmartARM2200教学实验开发平台提供了两路滞留电压测量电路如图1-8所示,可调电阻W1和W2用于调整ADC的输出电压,可以在VINI和VIN2测试点上用万用表检查当前电压值。
R36和R37为I/O口保护电阻,当ADC输入电压调整到3.3V或0V时,而P0.27或P0.28作为GPIO输出0或1,此刻,这两个电阻保证电路不产生短路故障。
图3-8(ADC电路)
3.9按键控制电路
按键:
在SmartARM2200教学实验平台上使用P0.20扩展一个独立按键KEY1,当需要使用此按键时,应将JP2跳线短接。
当断开JP2跳线时,P0.20可以通过J5连接器(GPIO输出接口)与用户板连接使用。
图3-9(按键控制电路)
3.10主芯片电路
LPC2210是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器,并带有0/128/256KB嵌入的高速片内Flash存储器,片内128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。
由于LPC2210具有较小的64个144脚封装,极低的功耗,多个32位定时器,4路10位ADC或8路10位ADC(64脚和144脚封装)以及多达9个外部中断。
图3-10(主芯片电路)
第四章软件分析
4.1软件框图分析
4.2任务的划分
对一个嵌入式应用系统进行“任务划分”,是实时操作系统应用软件设计的关键,任务划分是否合理将直接影响软件设计的质量。
任务划分原则如下:
以CPU为中心,将与各种输入/输出设备(或端口)相关的功能分别划分为独立的任务。
发现“关键”功能,将其最“关键”部分“剥离”出来,用一个独立任务(或ISR)完成,剩余部分用另一个任务实现,两者之间通过通信机制沟通。
发现“紧迫”功能,将其最“紧迫”部分“剥离”出来,用一个独立的高优先级任务(或ISR)完成,剩余部分用另一个任务实现,两者之间通过通信机制沟通。
对于既“关键”又“紧迫”的功能,按“紧迫”功能处理。
将消耗机时较多的数据处理功能划分出来,封装为低优先级任务。
将关系密切的若干功能组合成为一个任务,达到功能聚合的效果。
将由相同事件触发的若干功能组合成为一个任务,从而免除事件分发机制。
将运行周期相同的功能组合成为一个任务,从而免除时间事件分发机制。
将若干按固定顺序执行的功能组合成为一个任务,从而免除同步接力通信的麻烦。
4.3任务的优先级设计
为不同任务安排不同的优先级,其最终目标是使系统的实时性指标能够得到满足。
在实际的产品开发中,应该在项目开始时,仔细思考和推敲。
如果任务优先级的设定有误,对以后的开发和调试会带来极大的困扰,会让工程师花很长时间来查错误,而且出现的错误不好排除。
所以设计任务的优先级是很重要的。
本次实验一共建立了五个任务,其优先级如下:
OSTaskCreate(Task0,(void*)0,&
Task0Stk[128-1],2);
//创建Task0任务,优先级为2
OSTaskCreate(Task1,(void*)0,&
Task1Stk[128-1],3);
//创建Task1任务,优先级为3
OSTaskCreate(Task2,(void*)0,&
Task2Stk[128-1],4);
//创建Task2任务,优先级为4
OSTaskCreate(Task3,(void*)0,&
Task3Stk[128-1],5);
//创建Task3任务,优先级为5
OSTaskCreate(Task4,(void*)0,&
Task4Stk[128-1],6);
//创建Task4任务,优先级为6
4.4液晶显示初始化设计
GUI_PrtPic(0,0,239,319,gImage_root01);
//示波器面板(背景)图显示
GUI_Line(224,268,224,315,0xffff);
//Running至Off间6根短白线
GUI_Line(184,268,184,315,0xffff);
GUI_Line(144,268,144,315,0xffff);
GUI_Line(104,268,104,315,0xffff);
GUI_Line(64,268,64,315,0xffff);
GUI_Line(24,268,24,315,0xffff);
WaveTrackCnt=0;
GUI_PrtStr(208,270,"
Coupling"
0xfee4,0x0274);
//"
和"
DC"
显示
GUI_PrtStr(188,280,"
0x0000,0xffff);
GUI_PrtStr(168,273,"
Volt/Div"
0.42V"
显示
GUI_PrtStr(148,275,"
GUI_PrtStr(128,270,"
Time/Div"
//"
60uS"
GUI_PrtStr(108,275,"
GUI_PrtStr(88,274,"
TrigVolt"
//TrigVolt显示
sprintf(UART0_StrBuff,"
%1.2fV"
CH1TptVal*3.3/255);
GUI_PrtStr(68,276,UART0_StrBuff,0x0000,0xffff);
GUI_PrtStr(48,280,"
Invert"
Off"
GUI_PrtStr(28,283,"
4.5定时器设计
PWMPR=0x00;
//不分频,计数频率为Fpclk
PWMMCR=0x02;
//设置PWMMR0匹配时复位PWMTC
PWMMR0=CYCLE_DATA;
//设置PWM周期
PWMMR6=DUTY_CYCLE_DATA;
//设置PWM占空比
PWMLER=0x41;
//PWMMR0、PWMMR6锁存
PWMPCR=0x4000;
//允许PWM6输出,单边PWM
PWMTCR=0x09;
//启动定时器,PWM使能
4.6AD转换设计
ADCR=(1<
<
7)|//SEL=0x80,选择通道7
((Fpclk/4500000-1)<
8)|//CLKDIV=Fpclk/4500000-1,即转换时钟为4.5MHz
(1<
16)|//BURST=1,软件控制转换操作
(2<
17)|//CLKS=2,使用9clock转换,8位精度
21)|//PDN=1,正常工作模式(非掉电转换模式)
(0<
22)|//TEST1:
0=00,正常工作模式(非测试模式)
24)|//START=1,直接启动ADC转换
27);
//EDGE=0(CAP/MAT引脚下降沿触发ADC转换)
dat=ADDR;
//读取ADC结果,并清除DONE标志位
4.7数据处理
voidOSC_PCM(void)//2048个数据采集,每个数据为8位
{
uint32i,dat;
for(i=0;
i<
1024*2;
i++)
{
while((ADDR&
0x80000000)==0);
//等待转换结束
//读取ADC结果
CH1[i]=(dat>
>
8)&
0xFF;
//提取AD转换值
}
}
4.8触发设计
uint8OSC_LockTrigerPoint(void)//触发点锁定
uint32i;
uint32Avg0,Avg1;
CH1Tpt1=0;
for(i=250;
1250;
Avg0=(CH1[i+3]+CH1[i+2]+CH1[i+1]+CH1[i+0])>
2;
//对采样值滤波
Avg1=(CH1[i+7]+CH1[i+6]+CH1[i+5]+CH1[i+4])>
//对采样值滤波
if((Avg1-Avg0)>
0)//比较2个采样点,判断是否为上升沿
CH1TptVal=80;
//触发点电压为:
3.3*80/255=1.04V
if((Avg1>
CH1TptVal)&
&
(Avg0<
CH1TptVal))//是否为触发点
CH1Tpt1=i;
//保存触发点对应的采样序号
i=0xffff;
//破坏循环条件,退出for循环
i++;
//没有找到触发点则向上继续收缩
if(i==1250)//如果搜索到1240意味无法找到触发点
CH1Tpt1=250;
//给定一个初始值用于显示
return(0);
}
else
return
(1);
4.9周期设计
uint8OSC_FindPeriod(void)//求(寻找)周期
{uint32i;
if(CH1Tpt1>
240)//已经锁定触发点,可以寻找周期
for(i=CH1Tpt1+8;
0)
{//CH1TptVal=128;
CH1Tpt2=i;
if(i==1250)
CH1Tpt2=250;
CH1Fre=422880/(CH1Tpt2-CH1Tpt1);
4.10求最值设计
voidOSC_CH1MaxMin(void)//求(寻找)最大值和最小值
uint32i;
uint32Max,Min;
Max=CH1[CH1Tpt1-125];
Min=CH1[CH1Tpt1-125];
for(i=CH1Tpt1-125;
CH1Tpt1+125;
i++)
if(CH1[i]>
Max)
Max=CH1[i];
if(CH1[i]<
Min)
Min=CH1[i];
CH1Max=Max;
CH1Min=Min;
4.11主函数与调用的TASK设计
#include"
config.h"
stdlib.h"
OS_STKTask0Stk[128];
//DefinetheTask0stack定义用户任务0的堆栈
OS_STKTask1Stk[128];
//DefinetheTask1stack定义用户任务1的堆栈
OS_STKTask2Stk[128];
//DefinetheTask2stack定义用户任务2的堆栈
OS_STKTask3Stk[128];
//DefinetheTask3stack定义用户任务3的堆栈
OS_STKTask4Stk[128];
//DefinetheTask4stack定义用户任务4的堆栈
voidTask0(void*pdata);
//Task0任务0
voidTask1(void*pdata);
//Task1任务1
voidTask2(void*pdata);
//Task2任务2
voidTask3(void*pdata);
//Task3任务3
voidTask4(void*pdata);
//Task4任务4
intmain(void)
{
OSInit();
//操作系统初始化
OSTaskCreate(Task0,(void*)0,&
OSStart();
//启动操作系统
return0;
Task0任务0//采样1600个数据,锁定触发点
voidTask0(void*pdata)
pdata=pdata;
//防止编译警告,以下同
TargetInit();
//初始化目标板
while
(1)
OS_ENTER_CRITICAL();
//进入临界区
i<
1600;
i++)//采样1600个数据
while((ADDR&
0x80000000)==0);
//等待转换结束
CH1[i]=(ADDR>
8)&
0xFF;
//提取AD转换值(8位)
OS_EXIT_CRITICAL();
//退出临界区
OSC_LockTrigerPoint();
//锁定触发点
OSC_FindPeriod();
//求频率
OSC_CH1MaxMin();
//求最大、最小值
GUI_ClrTrack();
//清除旧轨迹(前一次波形)
GUI_DispTrack();
//显示新轨迹(当前波形)
OSTimeDly(50);
//延时
Task1任务1//调用函数:
sprintf,GUI_PrtStr,OSTimeDly
voidTask1(void*pdata)
{
CH1max=%1.2fV"
CH1Max*3.3/256);
//显示通道1最大值(1位正数、2位小数)
GUI_PrtStr(5,10,UART0_StrBuff,0xfee4,0x0274);
//坐标位置5、10,前景黄色,背景蓝色
CH1min=%1.2fV"
CH1Min*3.3/256);
//显示通道1最小值(1位正数、2位小数)
GUI_PrtStr(5,110,UART0_StrBuff,0xfee4,0x0274);
CH1Fre=%6dHz"
CH
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- 简易 数字 示波器 设计