基于A(yíng)RM7的LCD顯示電壓示波系統的設計A

　　本設計以ARM7微處理器為核心,采用ARM7中的高速A/D為測壓?jiǎn)卧?提高了數據傳輸的可靠性;數據結果通過(guò)LCD實(shí)時(shí)顯示,顯示方式友好直觀(guān);采用RAM和UART分別存儲和傳輸數據,實(shí)現了監測數據的長(cháng)期存儲和與PC的通信傳輸。采用31/2位或41/2位段位式LCD液晶數碼顯示器的儀表已不罕見(jiàn)，但段位式LCD顯示器的功能較局限。對于多功能的智能儀表，采用點(diǎn)陣式LCD液晶顯示模塊，可提供更為豐富靈活的顯示內容。點(diǎn)陣式LCD顯示模塊是一種集顯示、控制與驅動(dòng)與一體的顯示器件。為了簡(jiǎn)化電路,充分發(fā)揮ARM的性能,采用了320×240的16級灰度LCD。

　　系統總體方案設計

　　本系統要求軟件完成的功能有以下幾個(gè)方面。

　　● 實(shí)時(shí)數據采集功能。系統要求能夠實(shí)時(shí)采集外部電壓的實(shí)時(shí)數據。

　　● 采樣數據處理功能。在系統對實(shí)時(shí)數據采集完成后，要對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。實(shí)時(shí)處理主要是將外部電壓進(jìn)行高速A/D轉換，然后動(dòng)態(tài)顯示。系統還可利用按鍵對超過(guò)報警設定值進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改。

　　● LED顯示和RTC功能。本實(shí)驗充分利用了LED顯示和實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。

　　● 報警處理功能。將實(shí)時(shí)數據與人機對話(huà)設定電壓測量最大值進(jìn)行比較，之后做出報警動(dòng)作。

　　● 顯示最大值功能。將實(shí)時(shí)數據中的最大值給予保存和顯示。

　　● 利用EEPROM讀寫(xiě)數據功能。系統可以在上電時(shí)讀取110位上次運行的實(shí)時(shí)數據，并作為這次的歷史數據。系統還可以按鍵來(lái)存儲當前的110位實(shí)時(shí)數據。

　　● 串口發(fā)送數據功能。系統可通過(guò)按鍵，通過(guò)串口將100位實(shí)時(shí)數據發(fā)送到上位機顯示。

　　為了實(shí)現系統的模塊清晰，本系統采用了μC/OS-II操作系統。按照上述要求，本系統將軟件劃分為4個(gè)功能模塊：A/D采集模塊、LED顯示和按鍵處理模塊、LCD顯示模塊、報警、存儲及串口處理模塊。采樣模塊完成對實(shí)時(shí)數據的采樣并保存;LED顯示按鍵處理模塊主要功能是對采樣數據的處理，并把它們轉換成有實(shí)際意義的參數;LCD顯示模塊是將各種參數在LCD顯示出來(lái);報警、存儲及串口處理模塊主要是實(shí)時(shí)對實(shí)時(shí)數據進(jìn)行相應的處理。圖1即為總體系統設計整體結構圖。

　　圖1 系統總體框圖

　　系統硬件組成及功能

　　1 LCD顯示部分

　　液晶顯示器(LCD) 具有功耗低、體積小、重量輕、厚度薄等許多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，普遍應用于基于微處理器的儀器儀表及監視、控制等智能裝置的終端顯示和人機接口中。STN LCD――市面上銷(xiāo)售的單色LCD絕大多數都是這種類(lèi)型。STN LCD可選擇自帶LCD驅動(dòng)器/控制器的STN LCD模塊。TFT LCD――即俗稱(chēng)的“真彩色”液晶。TFT LCD通常一定要選擇總線(xiàn)型液晶顯示器，或者外接ARM的LCD驅動(dòng)板也可以，總之要能夠連接單片機或者ARM。

　　2 LED顯示與鍵盤(pán)模塊

　　鍵盤(pán)顯示部分是利用我們最熟悉的8位LED數碼顯示加8位鍵盤(pán)輸入。圖2是自制的LED顯示與鍵盤(pán)模塊的電路圖。利用了飛利浦公司的SPI總線(xiàn)，簡(jiǎn)單實(shí)用，有五根針腳引出。

　　圖2 LED顯示與鍵盤(pán)模塊

　　系統軟件設計

　　1 設計思想

　　在此簡(jiǎn)易示波系統中，我們采用了LPC2138這種高性能ARM，由于A(yíng)RM處理器處理速度極快，并且它內部帶4路A/D轉換。我們知道，ARM中的Fpclk是ARM外設的頻率，常規情況下，是ARM內核工作頻率的1/4，但我們可以自行修改設定Fpclk等于A(yíng)RM內核的頻率Fcclk，然后我們自行設定A/D轉換功能不分頻，并且可以設定采樣的精度設為8位，這樣每A/D轉換一次的時(shí)間就等于A(yíng)RM的內核工作頻率的9倍的時(shí)間，這樣每次A/D的時(shí)間就相當快了，這時(shí)我們再采用兩路A/D間隔采樣，這樣每次A/D的時(shí)間就又縮短了一半。理論上講，這時(shí)的每次A/D采樣時(shí)間差不多為2μs。這樣，此系統的對外部電壓的響應速度就提高了一個(gè)檔次了，所以此系統的A/D性能比較高。

　　2 任務(wù)的劃分

　　根據任務(wù)的劃分原則，分析得出了6個(gè)任務(wù)：延時(shí)創(chuàng )建采樣任務(wù)、采樣任務(wù)、報警任務(wù)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示任務(wù)、串口任務(wù)、采樣數據顯示任務(wù)。其中采樣任務(wù)安排優(yōu)先級最高優(yōu)先級為4，采樣數據顯示任務(wù)優(yōu)先級為7，串口任務(wù)優(yōu)先級為8，報警任務(wù)優(yōu)先級為9，實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示任務(wù)為10。為了進(jìn)行初始化工作，在延時(shí)創(chuàng )建采樣任務(wù)中增加了對目標板的初始化和任務(wù)、互斥信號量、信號量的創(chuàng )建工作等內容。

　　3 共享資源的分析

　　在本測試要求中，采樣的數據既要實(shí)時(shí)地放到LCD液晶屏上顯示，而且還可以通過(guò)串口上傳到上位機上，因此要采取資源同步的方法，否則有可能破壞時(shí)間，實(shí)現資源同步的方法一般有兩種：關(guān)中斷;使用互斥信號量。在本測試中使用互斥信號。

　　4 行為同步

　　在本測試中要用到兩個(gè)行為同步，第一個(gè)是采樣的數據的顯示，測試要求把當前采樣的數據通過(guò)LCD液晶屏上顯示出來(lái)，所以要在數據顯示任務(wù)中要等待采樣任務(wù)完畢的信號量，當采樣完畢后，發(fā)送信號量，把當前采樣的結果顯示出來(lái)。第二是查詢(xún)歷史記錄，用戶(hù)要查詢(xún)歷史記錄時(shí)，才把記錄顯示出來(lái)，所以在查詢(xún)歷史記錄任務(wù)里設置等待查詢(xún)信號。任務(wù)之間相互配合和協(xié)調，才能得到預定的效果，這樣可以實(shí)現任務(wù)的同步。

　　圖3 采樣任務(wù)流程圖

　　5 軟件設計模塊流程圖

　　嵌入式操作系統是嵌入式系統硬件和應用軟件之間的接口,它的使用可以提高軟件開(kāi)發(fā)效率,它的可靠性和穩定性直接影響著(zhù)系統的運行性能。本軟件設計采用公開(kāi)源碼的μC/OS-II多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統。μC/OS-II作為一個(gè)實(shí)時(shí)微內核,實(shí)際上是一個(gè)高效的任務(wù)調度器,調度是線(xiàn)程級的,調度策略是采用靜態(tài)分配優(yōu)先級的方式,并且采用占先式的調度原則。為了實(shí)現基本的任務(wù)調度功能, μC/OS-II提供了必備的任務(wù)間通信手段,包括信號量、郵箱等。為了實(shí)現任務(wù)延時(shí),還具有基本的時(shí)鐘管理。