2041.基于CS1180压力传感器检测系统的控制板设计---毕业论文.doc
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1、基于CS1180压力传感器检测系统的控制板设计毕业论文题 目: 基于CS1180压力传感器检测系统的控制板设计 姓 名: 学 号: 专 业: 计算机科学与技术 指导老师: 目 录摘要3 ABSTRACT41. 绪论511 国内外研究现状、水平及存在的问题512 课题的目的和意义51.3 本课题设计的方案72. 嵌入式系统821 什么是嵌入式系统822 嵌入式系统特点及应用 83. 开发板的硬件结构和原理103.1 微处理器AtmelAT91SAM7X256芯片1032 ARM7开发平台的主要原理功能说明113.3 开发板硬件资源 113.4 扩展模块 123.5 开发工具133.6 基于AT9
2、1SAM7X256的ARM7开发平台开发板清单 134 技术支持及相关驱动1441 实时操作系统UC/OS-II1442 串口通信194.2.1 RS232简介204.2.2 RS232标准214.2.3 RS232通信模式224.2.4 USART框图及驱动流程224.2.5 外设控制寄存器PDC 254.3 CAN274.3.1 CAN简介 284.3.2 CAN协议 294.3.3 CAN帧格式304.3.4 CAN电气特性及信号表示 304.3.5 主要技术特点及驱动304.4 USB3545 液晶、键盘365. 结束语376. 参考文献387. 致 谢398. 附 录40基于CS11
3、80压力传感器检测系统的控制板设计摘 要 本方案是设计一个称重产品,主要应用于工业控制.其采用先进的测试手段、嵌入式ARM控制系统、20(24)位AD、结合复杂分析软件的高精度测量控制系统,以试验机为主机,配以传感器、引伸仪和计算机,同时在传统行业基础上,增加控制功能、管理功能、兼带USB传输以及CAN总线传输方式,把采集到的数据,传给PC机或液晶进行显示,PC机及液晶可对采集数据进行处理或通过设置去选择采集哪部分数据,用PC对主机进行控制,保证在任何条件下对拉力,压力、冲击、弯曲等强度或力值数据的完美、准确的测量。关键字: 串口,控制器局域网,实时操作系统,通用串行总线ABSTRACTThi
4、s project is a weigh up avoirdupois production,Apply to Industry control.This adopts advanced test-means、Embed ARM controlling system、20(24)bit AD、hight precision measure controlling system combined with complex analysing software.It uses test-machine as its main machine and it is compounded with tr
5、ansducer、apparatus and computer.At the same time,based on the traditional industry,this project has added controlling function and management、the transmission means of USB annexed with CAN bus .It sends to PC or LDC the data collected and then deals with them.It controls the main machine by computer
6、 to ensure that, at any time,the data measure of intensity or force of pulling force、pressure、impact、bend and so on is perfect and correct.Key Words:RS232,CAN,RTOS,USB 绪 论(一)、国内外研究现状、水平及存在的问题随着各行各业对试验机产品需求的增长,随着我国生产制造水平的不断提高和测试技术的飞速发展,目前生产试验机的公司和企业已遍布全国各地,生产着几百种规格、型号和系列的试验机产品,有的试验机产品已出口到国外,远销到亚洲和欧美市
7、场,具有一定的竞争能力。试验机广泛应于用工矿企业、计量、学校的现场和实验室,其应用领域涉及到机械、冶金、汽车、建筑、航空、航天、军工、交通、运输、质检、计量、教育、医疗等各行各业。虽然该行业具有比较诱人的前景,广大的客户群体,但是由于传统产品的试验机设备在国际上已被淘汰,在国内也已不能满足新修订的试验方法标准GB228的要求,急需更新换代。从市场及效益分析长远和发展的角度看,结合目前国内厂家的技术成熟程度和生产能力,提供给用户的产品90%仍是老式产品,开发一种基于先进的、高性能的、高智能性的数字化多功能试验机,来取代目前国内不能满足用户需求的老式产品,洗牌当前市场上的较落后的试验机设备,这必将
8、是历史发展的必然,数字化(也称为仪器化)试验机,定使测控试验焕发出青春,赋予了新的生命。(二)、 课题的目的和意义当今国际市场称重传感器技术的竞争,集中表现在产品的准确度、稳定性和可靠性的竞争;制造技术与制造工艺的竞争;应用高新技术研发新产品和自主知识产权产品的竞争。各称重传感器制造企业都在努力培植自己的核心竞争技术和打造核心竞争产品。从近几年国际衡器工业展览会上展出的产品和对多家处于市场引导者地位的企业产品的分析可以得出这些企业的共同追求是:弹性体材质更精良;电阻应变计、补偿元器件的技术要求和环境应力筛选更严格;制造工艺更精细;电路补偿工艺更完善;外观质量更完美。 称重传感器的准确度、稳定性
9、和可靠性是重要的质量指标,同时也是用户最关心的问题。因此本文中控制器包括压力传感器介入信号的模拟量的放大,采集,光电编码器信号的倍频,判向、采集。其A/D部分采用国产芯片CS1180,他具有高精度、低功耗模数转换芯片,分辨率可达到20bit,有效分辨率可达19位。可以采用手动控制柄的键盘控制试验机衡量的升降,利用RS232与上位机进行通讯。另外,上位机测控软件实时显示试验力、变形和位移,实时记录力一时间,变形一时间,力变形和力一位移试验曲线。本设计采用AT91SAM 7X256 ARM7处理器芯片,软件设计平台基于UC/OS-II实时嵌入式操作系统,软件编制采用C语言共有若干个任务模块组成,大
10、体应包括:A/D获取压力传感器信号.通过SPI送给FLASH,LDC/CAN从FLASH中取得数据,通过RS232传送给上位机或着通过液晶显示四大模块.其中A/D获取压力传感器信号,通过SPI送入FLASH 通过液晶显示和控制由马惠敏描述,剩下模块收本人实现.(三)、 本课题设计的内容和方案(图1-1,1-2)传感器信号CS1180SPI读取模块写入FLASH键盘液晶读取数据设置CAN控制块,节点,ID号CANRS232PC图1-1 实现原理框图横向电子引申计液晶键盘CS1180CS1180CS1180电子引申计力值传感器ATMELRS232CANPCFLASH图1-2 硬件框图二 嵌入式系统
11、(一)什么是嵌入式系统嵌入式系统(ES,Embedded System)是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术,甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。因此,嵌入式系统往往是技术密集、投资强度大、高度分散、不断创新的知识密集型系统,其反映了当代最新技术的先进水平。 嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同,就是针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间差别也很大。嵌入式系统在兼容性方面要求不高,但是在大小,成本方面限制较多。 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中,软件与硬件高度一体化的系统。嵌入式系统实际上类似于大家都熟悉
12、的计算机BIOS的工作方式,其具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时的和多任务的体系。 (二)嵌入式系统的特点 通常只执行特定功能,这一点与一般桌上型办公设备或数据库系统有很大区别; 以MCU与周边器件构成核心,功能与成本可控; 严格的时序和稳定性要求,程序运行稍有差错则可能使得整个系统失去控制,甚至酿成灾害; 全自动执行序列; 嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体,它是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,从嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌入式系统中的CPU与通用型CPU的最大不同就是前者大多工作在为特定用户群设计的系统中。通常,嵌入式
13、系统CPU都具有低功耗、体积小、集成度高等特点,能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于整个系统设计趋于小型化。在对嵌入式系统的硬件和软件进行设计时必须重视效率,去除冗余,针对用户的具体需求,对系统进行合理配置,才能达到理想性能。与此同时,系统设计还受市场供求关系的影响。嵌入式处理器的发展也体现出稳定性,一个体系一般要存在8-10年的时间。一个体系结构及相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品合在一起,可以构成一套复杂的知识系统。 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起,其升级换代也是和具体产品同步进行的。因此嵌入式系统产品一旦进入市场,就具有较长的生命周期。 为
14、了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中,而不是存贮于磁盘等载体中。由于嵌入式系统的运算速度和存储容量仍然存在一定程度的限制,另外,由于大部分嵌入式系统必须具有较高的实时性,因此对程序的质量,特别是可靠性,有着较高的要求。 嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。在设计完成以后,用户如果需要修改其中的程序功能,也必须借助于一套开发工具和环境。 嵌入式系统的应用范围极为广泛,像消费类电子产品,比如PDA、MP3、MP4、数码相机、游戏机等,其它如航空航天、兵器工业、电信、机器人、智能监控、机电一体化等领域都有着广泛的应用。 三 开发板的硬件结构和原
15、理(一)、微处理器Atmel AT91SAM7X256芯片AT91SAM7X256是此开发板上最大的一个芯片.有100个引脚,它不光外形大,内部包含的东西更是不少.在一块芯片上集成了ARM7TDMI处理器.片内256KB FLASHT 64KB SRAM,还包括USART,SPI,CAN控制器,Ethernet网口.定时器/计数器,实时定时器和模数转换器在内的一系列外围设备.AT91SAM7X系列中还包括 AT91SAM7X128和AT91SAM7X512两款芯片,它们的区别在于内部集成FLASH和SRAM数量不同,AT91SAM7X128拥有128KB的FLASH和32KB的SRAM,AT9
16、1SAM7X512拥有512KB的FLASH和128KB的SRAM.片内FLASH存储器可以通过JTAG-ICE接口编程,也可以通过并行接口对其进行编程,内置锁定位和安全位可以保护固件防止其被误覆盖并能保持其内容的机密性.AT91SAM7X系列处理器可以为很多嵌入式控制应用提供灵活,成本优化的方案,特别是在一些要用到的以太网,CAN总线和ZIGBEE无线网络通信领域.(芯片参考附录2).(二)、ARM7开发平台的主要原理功能说明本开发平台主要是针对ATMEL公司AT91SAM7X256微处理器而设计的。这两个微控制器具备嵌入式10/100以太网(Ethernet) MAC、CAN、全速(12M
17、bps) USB 2.0,针对广泛的网络化实时嵌入式系统而设计的AT91SAM7X128 和AT91SAM7X256 ,还具备一个10位模数转换器(ADC)、两个通用异步收发器(USART)、一个8级(8-level) 优先中断控制器(priority interrupt controller) 和众多的监管功能。这两个新型的50MIPS MCU 拥有32Kb(或64kb)的静态存储器和128Kb(或256kb)的25ns 闪存,这种闪存支持实时控制系统所需的可确定性处理能力。AT91SAM7X256的详细资料请到http:/查看。(三)、开发板硬件资源:CPU:AT91SAM7X256-AU
18、,ARM7,100Pins-LQFP封装,工业级芯片;Flash:256KbytesRAM: 64KbytesCPU模块:独立的CPU模块1路CAN接口:兼容CAN2.0A/B协议1个USB 2.0 Device 端口:可实现与PC机通信2个串口:两个9线串口I/O扩展:扩展出部分I/O信号线,用于客户二次开发和扩展IIC电路:外接ATMEL的EEPROM(AT24C16)SPI电路:外接ATMEL的DataFlash(AT45DB011)按键:6个用户自定义轻触按键(其中两个IRQ/一个FIQ),可以实现中断嵌套LED:5路led,可完成“跑马灯”等基本实验,同时在开发过程用户可自己定义其功
19、能JTAG:25Pins标准JTAG插槽,JTAG调试板电源:DC9V25V输入或USB供电A/D:一路20位SPI总线方式转换模块实时时钟:一路I2C时钟,芯片采用PCF8563蜂鸣器:一路蜂鸣器,采用LM386芯片温度检测:一路DS18B20,可作温度采集试验开发板可扩展接口及模块:扩展接口:SPI0/SPI1/SSC/PWM/A/D(硬件实现原理图见附录1,实物图见附录6开发板实物图1)(四)、扩展模块:1、采用NRF9E5/NRF2401模块;2、44键盘模块3、6位LED数码管显示板,可实现09的数字显示等试验4、1个128*64点阵式液晶模块5、1个PWM控制模块,可以实现步进电机
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