基于arm的嵌入式系統在b超中的應用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 蕩器，使用方便，可靠性高。只需外接不同阻值和電容值的電阻電容即可實現不同寬度的脈沖輸出。具體電路如圖 22 所示 。 圖 22 發射脈沖產生電路 低通濾波器的設計 超聲波在人體內傳播的過程中，遇到不同的界面時，就會發生部分反射和部分 透射。當兩個反射的分界面的性質相同時，反射和透射的百分率是相同的。因此，相同性質的分界面處于相同深度時，反射回來的超聲能量是相等的。但是相同性質的分界面處于不同的深度時，超聲強度隨探測深度的增加而逐漸衰減。超聲波在人體組織內的衰減是一個很復雜的物理過程，它是由于超聲在人體組織內傳播時，被人體組織吸收、反射、繞射、折射和散射等原因造成。其中，吸收是主要的。超聲波在人體內的傳播過程中，能量被人體組織吸收，隨著探測深度的RST1(RXD)2(TXD)3XTAL24XTAL15(INT0)6(INT1)7(T0)8(T1)9GND1011(AIN0)12(AIN1)13141516171819VCC20U8AT89C205112R03KR23KC1R/C15Cext14A1B2CLR3Q13Q4*SN74LS22INVCCVCCC2100PFVCCVCCoutput南華大學電氣工程學院課程設計 第 6 頁 共 28 頁 增加超聲波能量逐漸衰減。對于均勻的生物體軟組織，聲衰減系數在區域內基本上是相同的。 經過前置放 大器處理后的超聲回波信號中混有較多的高頻噪聲，為方便后級電路對有用信號的處理，需要對噪聲進行消除，因此引入低通濾波器。采用 TL082構成四階巴特沃斯低通濾波器， TL082 是一款高帶寬，雙通道運算放大器，其帶寬可達到 4MHz，輸入阻抗為 10? ，截止頻率為： 通帶增益為： ?G 100 前置放大器設計 超聲回波信號頻率高，強度弱，噪聲大，需要先對其進行放大處理。在放大的時候應特別小心，如果處理不好將會給后級電路造 成極大的麻煩。因此，前置放大電路是整個超聲信號接收電路的一個重點，同時也是一個瓶頸。 采用三級管 MRF904 和 MM4049 實現高輸入阻抗的前置放大器，這兩種三級管是一組對管，性能很接近，其轉換頻率在 VVce 10? , mAIc 10? 時可達到，很適合用于對高頻信號的處理。此前置放大器能夠很好地避免信號的衰減并對噪聲有一定的抑制作用。具體電路如圖 23 所示。 圖 23 前置電路原理圖 R2174R1 R3562R4R5R6562R7174R8U11uFQ1MRF904Q2MM4049U21uFU31uFU41uFU51uFU61uF+5V5V5V+5VR9100Mf CCRRCCRRc 43432121 11 ????? ??南華大學電氣工程學院課程設計 第 7 頁 共 28 頁 A/D 轉換電路設計 超聲回波信號在經過一系列模擬電路處理后，還需要對其進行數字化，以供后端的更高級處理。前端模擬處理加后端數字處理的方法是現在電路系統中普遍采用的方式，雖然數字化技術在當今已占主導地位，但是模擬技術絕對不會被取代，因為現實世界本就是一個模擬的世界。因此，我們要進行數字化處理 A/D轉換很重要。 選用 AD 公司的 AD9220 實現 A/D 轉換。 AD9220 是一款通用的高性能 12位 A/D 轉換器，采樣率最高可達 10MSPS。我們采用 的探頭，根據采樣定理，這款 A/D 轉換器能夠達到要求。用 74HC541 對轉換輸出的數 字信號進行緩存，從而更好地實現對后級電路的支持。 A/D 轉換電路如圖 24 所示。 圖 24 A/D 轉換電路圖 R47200C311000D7IN5711D8IN5711C3215PCLOCK1BIT122BIT113BIT104BIT95BIT86BIT77BIT68BIT59BIT410BIT311BIT212BIT113OTR14AVDD15AVDD26VINA23CAPB20CAPT21CML22VINB24VREF18SENSE17REFCOM19DVSS27DVDD28AVSS25AVSS16U5 AD9220C33C34C35C30C38C40C3710UF/16VC4110UF/16VC42G11A12A23A34A45A56A67A78A89GND10Y811Y712Y613Y514VCC20Y118Y217Y415Y316G219U674HC541G11A12A23A34A45A56A67A78A89GND10Y811Y712Y613Y514VCC20Y118Y217Y415Y316G219U774HC541R5522R5422R5322R5222R5122R5022R4822R4922R6322R6122R6022R5922R5822R5722R5622R6222BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT7BIT8BIT9BIT10BIT11BIT12OTRBTT2BTT1BTT4BTT3BTT5BTT6BTT7BTT8BTT9BTT10BTT11BTT125V5VC390.1UF5VInport南華大學電氣工程學院課程設計 第 8 頁 共 28 頁 3 ARM 體系結構和 BootLoader 的實現 ARM 體系結構 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。 1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。在 32 位 RISC 中 CPU 開發領域不斷取得突破，其結構已經從 V3 發展到 V6。 由于 ARM 公司自成立以來，一直以 IP 提供者的身份向各大半導體制造商出售知識產權，而自己不介入芯片的生產銷售，加上其設計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優點，因此獲得眾多的半導體廠家和整機廠商的大力支持，在 32 位嵌入式應用領域獲得了巨大的成功，目前已經占有 75%以上的 32 位 RISC 嵌入式產品市場。在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市場領導地位。 目 前非 常流 行的 ARM 核有 ARM7TDMI,StrongARM ， ARM720T ，ARM920TDMI， ARM922T， ARM940T， ARM946T， ARM966T， ARMI0TDM1等。自 V5 以后， ARM 公司提供 Piccolo DSP 的芯核給芯片設計者，用于設計ARM+DSP 的 SOC(System On Chip)結構的芯片。此外， ARM 芯片還獲得了許多實時操作系統 (RealTime Operating System)供應商的支持，比較知名的有： Linux，Win CE， pSOS， VxWorks， Mucleus， EPOC， uCOS， BeOS 等。 ARM 處理器的工作狀態 從編程的角度看， ARM920T 處理器的工作狀態一般有兩種 （ 1） ARM 狀態，此時處理器執 行 32 位的、字對齊的 ARM 指令； （ 2） Thumb 狀態，此時處理器執行 16 位的、半字對齊的 Thumb 指令。 ARM指令集和 Thumb 指令集均有切換處理器狀態的指令，在程序的執行過程中，處理器可以隨時在兩種工作狀態之間切換。并且，處理器工作狀態的轉變并不影響處理器的工作模式和相應寄存器中的內容。但 ARM 處理器在開始執行代碼時，應該處于 ARM 狀態。 ARM 處理器模式 ARM920T 支持 7 種運行模式，分別為： 南華大學電氣工程學院課程設計 第 9 頁 共 28 頁 （ 1）用戶模式 (usr)， ARM 處理器正常的程序執行狀態； （ 2）快速中斷模式 (fiq)，用于 高速數據傳輸或通道處理； （ 3）外部中斷模式 (irq)，用于通用的中斷處理； （ 4）管理模式 (svc)，操作系統使用的保護模式； （ 5）數據訪問終止模式 (abt)，當數據或指令預取終止時進入該模式，可用于虛擬存儲及存儲保護； （ 6）系統模式 (sys)，運行具有特權的操作系統任務； （ 7）未定義指令終止模式 (und)，當未定義的指令執行時進入該模式，可用于支持硬件協處理器的軟件仿真。 ARM 處理器的運行模式可以通過軟件改變，也可以通過外部中斷或異常處理改變。大多數的應用程序運行在用戶模式下，當處理器運行在用戶模 式下時，某些被保護的系統資源是不能被訪問的。 ARM920T 系統結構分析 ARM920T 采用 5 級流水線，具有分開的指令和數據存儲器， 5 級流水線具體如下： （ 1）取指：從存儲器中去取指令，并將其放入指令流水線。 （ 2）譯碼：對指令進行譯碼。 （ 3）執行：把一個操作數移位，產生 ALU 的結果。 （ 4）緩沖 /數據：如果需要，則訪問數據存儲器；否則 ALU 的結果只是簡單地緩沖 1 個時鐘周期，以便所有的指令具有同樣的流水線流程。 （ 5）回寫：將指令產生的結果回寫到寄存器，包括任何從存儲器中讀取的數據。ARM920T 處理器的一個顯著特點就是采用指令和數據分離訪問的方式，即采用了指令緩存 (ICache)和數據緩存 (DCache)。這樣可以把指令訪問和數據訪問單獨安排 1 級流水線。 S3C2410A 處理器介紹 S3C2410A 在包含 ARM920T 核的同時，增加了豐富的外圍資源 。 其中片內外圍模塊主要包括： （ 1）一個 LCD 控制器，支持 STN 和 TFT 液晶顯示屏； （ 2）外部存儲管理（ SDRAM 控制器和芯片選擇邏輯）； （ 3） 3 個通道的 UART； （ 4） 4 個通道的 DMA，支持存儲器和 I/O 口之間的傳輸，以提高傳 輸速率； （ 5） 4 個具有 PWM 功能的 16 位定時 /計數器和 1 個 16 位內部定時器，支持外南華大學電氣工程學院課程設計 第 10 頁 共 28 頁 部時鐘源； （ 6） 8 通道的 10 位 ADC，最高速率可達到 500kB/s， 10 位分辨率； （ 7）觸摸屏接口； （ 8） IIS 總線接口； （ 9） 2 個 USB 主機接口， 1 個 USB 設備接口； （ 10） 2 個 SPI 接口； （ 11） SD 卡接口和 MMC 卡接口； （ 12） 16 位看門狗定時器； （ 13） 117 位通用 I/O 口和 24 位外部中斷源； （ 14） 8 通道 10 位 AD 控制器； （ 15）電源管理。 S3C2410A 同時集成了一個具有日歷功能 RTC 和具有 PLL（ MPLL 和 UPLL）的芯片時鐘發生器。 MPLL 產生主時鐘，能夠支持處理器工作頻率最高達到203MHz。 UPLL 產生實現主從 USB 功能的