基于arm的嵌入式溫度監測系統畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 電后需要保存的用戶數據等。常內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 用的 Flash 為 8 位或 16 位的數據寬度，編程電壓為單 。 Flash 閃存是非易失性存儲器，可以對存儲器單元塊進行擦寫和再編程。任何 Flash 器件進行寫入操作前必須先進行 擦除。 Flash 按結構分為 NOR 和 NAND 兩大類。 NAND 器件執行擦除操作十分簡單，而 NOR 則要求在進行擦出前，現將目標塊內所有的地址 都寫 0。擦除 NOR 器件時是以64~128KB 的塊進行 的，執行一個寫入 /擦除操作的時間為 1~5s；擦除 NAND 器件是以8~32KB 的塊進行的，執行相同的操作最多只需要 4ms。執行擦除時，塊尺寸的不同進一步拉大了 NAND 和 NOR 之間的差距。 NOR 的特點是芯片內執行，這樣應用程序可以直接在 Flash 閃存內運行，不必再把代碼讀到系統 ARM 中。 NOR 的傳輸速率很高，在1~4MB 的小容量時具有極高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大降低了它的性能。 NAND 結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度的都很快，應用 NAND 的難點在于 Flash 的管 理和需要特殊的接口。 NOR 主要用在代 碼存儲介質中， NAND 適合于數據存儲 [22]。 SDRAM 模塊 SDRAM 與 Flash 不同，它不具有掉電保護數據的特性，但其存取速度大大高于 Flash存儲器，且有讀 /寫的屬性，因此 SDRAM 在系統中主要用作程序的運行空間，數據及堆棧區。當系統初始化后， CPU 首先從復位地址 0x0 處讀取啟動代碼，在完成系統的初始化后，程序代碼一般應調入 SDRAM 中運行，以提高系統的運行速度，同時，系統及用戶堆棧、運行數據也都放在 SDRAM 中。 SDRAM 具有單位空間存儲容量大和價格便宜的優 點，已經廣泛應用在各種嵌入式系統中。 SDRAM 的存儲單元可以理解為一個電容，總是傾向于放電，為不免數據丟失，必須定時刷新（充電）。因此要在系統中使用 SDRAM，就要求微處理器具有刷新控制邏輯，或在系統中另外加入刷新控制邏輯電路。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） SDRAM 是高速的動態隨機存取存儲器，它的同步接口和完全流水線的內部結構使其擁有極大的數據速率，目前 SDRAM 時鐘頻率已經達到 100MHz 以上。另外，它們的行列地址線共用，有行地址選通（ CAS），列地址選通（ RAS）信號分時控制?；敬鎯卧莾却嫘酒写鎯π畔⒌淖钚挝?，每個存儲 單元可以存儲 1bit 的信息，并且有一個由行地址和列地址共同定義的唯一的地址。我們知道 8bit 可以組成 1byte，而字節是內存中最小的尋址單元。雖然內存基本存儲單元具有唯一的地址，但是并不能進行獨立的尋址，這將要求內存芯片有數以百計的引腳同計算機通信 ， 顯然這是不可能的?，F在內存架構是處于同一列的基本存儲單元共用一條列地址線，而處于同一行的基本存儲單元共用一條行地址線，組成一個基本單元構成的矩陣框架。而這些內存框架構成一個內存 bank， SDRAM 內存以 bank 為組織，可由行列地址尋址。另外，為了保持內部數據還必 須進行刷新。 要知道 SDRAM 的結構特點，就必須先了解 DRAM 器件的結構特點。 DRAM 存儲一個位的消息只需要一只晶體管，但是需要周期性的充電，才能使保存的信息不丟失， DRAM 的一個存儲位單元如圖 所示： 圖 只是 DRAM 一個基本單位的結構示意圖，電容器的狀態決定了這個 DRAM單位邏輯狀態是 1 還是 0。一個電容可以存儲一定量的電子或者電荷，一個充電的電容器被認為是邏輯上的 1，而 “ 空 ” 的電容器則是 0。 但是電容被利用的這個特性也是它的缺點。因為電容器不能持久的保持存儲的電荷，所以內存需要不斷定時刷新，才能 保持暫存的數據。電容器可以用電流來充電；同時，電容的充放電需要一定的時間，雖然對于內存基本單位中的電容來說這個時間很短，大約只有 ~ s，但這個期間內存是不能執行存取操作的。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 晶 體 管電 容列 線行 線 圖 DRAM 的原理圖 SDRAM 的存儲單元的基本原理同前面提到的 DRAM 基本一樣，但是這些存儲單元的組織和控制與 DRAM 就有相當大的差別了。 SDRAM 是多 bank 結構 [22]。 JTAG 調試器 JTAG 是英文 “Joint Test Action Group（聯合測試行為組織） ”的詞頭字母的簡寫 , 是一種國際標準測試協議（ IEEE 兼容），主要用于芯片內部測試 及對系統進行仿真、調試 ?，F在多數的高級器件都支持 JTAG 協議 ,如 DSP、 FPGA 器件等。標準的 JTAG 接口是 4 線： TMS、 TCK、 TDI、 TDO,分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線。 相關 JTAG 引腳的定義為： TCK 為測試時鐘輸入； TDI 為測試數據輸入，數據通過 TDI引腳輸入 JTAG 接口； TDO 為測試數據輸出，數據通過 TDO 引腳從 JTAG 接口輸出；TMS 為測試模式選擇， TMS 用來設置 JTAG 接口處于某種特定的測試模式； TRST 為測試復位，輸入引腳，低電平有效 ， GND。 JTAG 最初是用來對芯片進行測試的 ， 基本原理是在器件內部定義一個 TAP（ Test Access Port 測試訪問口）通過專用的 JTAG 測試工具對進行內部節點進行測試 。 JTAG 測試允許多個器件通過 JTAG 接口串聯在一起 ， 形成一個 JTAG 鏈 ， 能實現對各個器件分內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 別測試?，F在， JTAG 接口還常用于實現 ISP（ InSystem Programmable。在線編程），對FLASH 等器件進行 編程。 JTAG 編程方式是在線編程，傳統生產流程中先對芯片進行預編程現再裝到板上因此而改變，簡化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程 ， 從而大大加快工程進度。 JTAG 接口可對 PSD 芯片內部的所有部件進行編程。 在硬件結構上， JTAG 接口包括兩部分： JTAG 端口和控制器。與 JTAG 接口兼容的器件可以是微處理器（ MPU）、微控制器（ MCU）、 PLD、 CPL、 FPGA、 ASIC 或其它符合 規范的芯片。 標準中規定對應于數字集成電路芯片的每個引腳都設有 一個移位寄存單元，稱為邊界掃描單元 BSC。它將 JTAG 電路與內核邏輯電路聯系起來，同時隔離內核邏輯電路和芯片引腳。由集成電路的所有邊界掃描單元構成邊界掃描寄存器 BSR。邊界掃描寄存器電路僅在進行 JTAG 測試時有效，在集成電路正常工作時無效，不影響集成電路的功能。 JTAG 也可以實現對電路版的 Flash 編程 。要通過 JTAG 接口對系統板上 Flash 編程，可以利用專用的硬件控制器或獨立的編程器來訪問 JTAG 器件實現，也可以直接用電纜線把 PC 機并行口與嵌入式系統的微處理器的 JTAG 引腳連接起來，由 PC 機上的程序 模擬 JTAG 時序實現。嵌入式系統的 Flash 芯片的地址線、數據線和控制信號線接到嵌入式系統帶 JTAG 接口的微處理器相應的引腳上，在對 Flash 編程時， PC 機上運行的程序控制 PC 機發送指令或數據到嵌入式系統微處理器內部的邊界掃描寄存器里，再把此數據或指令通過 JTAG 專用指令傳送到 Flash，從而將代碼寫入 Flash 中 [22]。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 第三章 溫度監測電路 設計 能夠把非電量轉換為電量的器件稱為傳感器，傳感器實質上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉換成電信號。隨著技術的不斷進步，傳感器也有了飛速的發展，體積變得越來越 小，精度 越來越高，功能也越來越強大。 傳感器的種類繁多，在本次設計中所要用到的是溫度傳感器，要選擇適當的傳感器以滿足設計要求。 溫度傳感器：溫度傳感器就是把溫度信號轉換成電信號的傳感器。在本次設計中，我選用的是 K 型熱電偶 和 用于 溫度補償 的 AD590 做為測溫元件 。 AD590 的室溫補償 電路 性能 集成溫度傳感器 AD590 是一種高內阻、電流輸出型的兩端器件 , 其檢測靈敏度為 1 μ A/K。 由于其內部采用最新的薄膜電阻激光微調技術作最后定標 , 故其具有很高的檢測精度。 AD590 的特點是 ： (1) 兩 端器件 ： 電壓輸入 ， 電流輸出 ； (2) 線性電流輸出 ： 1μ A/K；(3) 較寬的檢測范圍 ： 55～ + 155℃ ； (4) 極好的線性 ： 在工作范圍內非線性誤差 177。0. 5℃ ； (5) 較寬的工作電壓 ： + 4～ + 30V。 誤差校正 經過激光微調定標的 AD590 芯片 ， 其靈敏度為 1μ A/K， 輸出電流值 (μ A ) 可直接表征絕對溫度 (K)。 但由于客觀因素 ， 使封裝后的變換器靈敏度可能有所偏離。 為了消除這種誤差 ， 可采用單點校正電路進行校正。如 圖 ， 在一定溫度下 ， 調節 R2， 使 A、B 兩端輸出電壓 V 0 (毫伏 ) 剛好等于絕對溫度值 (K) ， 這時輸出電壓靈敏度為 1mV/K。經校正后 ， 大大減小了誤差 ， 同時也減小了誤差對溫度的依賴 ， 即減小了誤差溫度系數[20]。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 圖 AD590校正電路 在使用 AD590之前， 必須對其進行校正，假如要是 AD590輸出的是 0℃時的電壓，就要進行如下校正：先把 AD590放進冰水混合物中，然后調整 AD590電路圖中的電阻 R2，使其輸出為 。在測室溫時，室溫為 n度，那輸出的電壓為： V0=+n，單位為 mv。 AD590 的 補償 電路 設計 圖 AD590室溫補償電路 AD590只是在校正的溫度的周圍測量相對來說要精確，有時我們為了得到更精確的測量結果，我們把 AD590的零點調整在室溫點上，這樣就能使得測量結果更精確了。例如：室溫在一般情況下為 25℃，那么我們就應該調整電阻 R2，使 AD590的輸出為：內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） V0=+25，單位為 mv。在這種情況下，室溫稍有變動，我們就能準確地得出室溫變動的幅度，這樣更有利于我們的測量，使得我們的測量結果有更小的誤差。 但是 AD590的輸出級別是 mv級別，而我們的單片機的串口不能感受到 這微小的變化，那么 就需要對 AD590的輸出進行放大，這樣才能使得單片機能獲得這個信號。如圖，輸出的信號經 過兩個放大器進行放大，就可以得到正的信號，也就能讓單片機識別了。在本 設計中，單片機的串口電壓是 ，所以 AD590的信號經過放大后不能超過 。假如說放大器的放大倍數是 10倍，那末 AD590的輸出最大也就只能是 330mv，=，也就是說，在這種情況之下，室溫可測的最高溫度是 ℃，但是現實中，室溫很難達到這溫度，放大 10倍完全可以滿足測量的需求。 在上圖中，我們用的是兩級的負放大：第一級是 放大倍數，第二級的作用是使輸出為正。 iVRRV 1201 ?? （ 31） 第一級放大倍數 。 013402 VRRV ?? （ 32） 第二級放大倍數，此級的作用是改變符號 。 所以：ii VRRRRVRRV 1234120 )()( ????? )R( 43 時當 ? （ 33） 熱電偶的測溫 電路 熱電偶的測溫原理 熱電偶選用的是鎳鉻 鎳硅熱電偶，分度號為 K。該種熱電偶的正極為含鉻 10%的鎳鉻合金，負極為含 3%的鎳硅合金。它的負極親磁，用磁鐵可以很方便鑒別出熱電偶的負極。它的特點是使用溫度計范圍寬，高溫下性能較穩定，熱電偶與溫度的關系近似線性，內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 價格便宜，因此它是目前用量最大的一種熱電偶。它適于在氧化性氣氛中連續使用，短期使用溫度為 1200度，長期使用溫度為 1000度。 K型熱電偶是氧化性較強 的賤金屬熱電偶。不適宜在真空、含碳、含硫氣氛及氧化與還原交替的氣氛下裸絲使用。 熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。其優點是： ① 測量精度高。 ② 測量范圍廣。 ③ 構造簡單，使用方便。 熱電偶就是利用熱電效應來工作的。將兩種不同材料的導體或半導體 A和 B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體 A和 B的兩個執著點 1和 2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢 ， 因而在回路中形成一個大小的電流 ,這種現象稱為熱電效應。 熱電勢與兩端溫度的關系式為： 2 1 2 1( , ) ( ) ( )ABE t t f t f t?? 由于熱電偶的材料一般都比較貴重 ，而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內。熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶