基于ARM7的电压监测报警系统

《 嵌 入 式 系 统 设 计 导 论 》课 程 设 计题目： 基于 ARM7的电压监测报警系统学 院班 级学 号姓 名二〇一三 年 四 月基于 ARM7的电压监测报警系统摘 要本系统采用 LPC2138系列的 ARM硬件、 WS-1型电位器、 液晶屏 LM016L 、 按键、 蜂鸣器、 虚拟终端和上位机等组成， 系统可实现在液晶屏实时显示电压的功能， 并将电压数据串口通信传递给上位机， 通过按键可调节阈值电压， 系统除基本数字电压表功能外，还具有电压超限时声光报警等功能。在设计中我们应用具有丰富的硬件资源的 ARM7开发板。本设计采用电位器实现对电压信号的采集，利用 LPC2138内部的 ADC模块将转换后的电压传送给LCD液晶显示，虚拟终端再将数据传递给上位机，同时按键可调节阈值电压，当当前电压超过阈值电压时，报警通过蜂鸣器鸣叫和 LED灯亮来提示。本文详细介绍了 AD采样、 与 PC机的串口通信、 液晶屏显示等部分， 具有较强的实用性和推广性。关键词： LPC2138；上位机； LM016L液晶屏；电压超限报警；一、设计目的1. 通过本课程设计，熟悉嵌入式系统开发方法和流程。2. 能结合课堂所学自主设计实现一个简单的监测报警系统。3. 进一步学会应用定时器、 A/D、显示等模块功能二、设计要求1. 能利用学过的 A/D 转换、 定时器、 按键等模块， 实现温度 （可用 DS18B20 传感器）或电压（可用滑动电阻）的检测、显示、阈值设置，以及超过阈值能声光报警。2. 将温度 / 电压数据通过串行通信（ UART）发送到 PC上位机显示，由上位机可显示实时监测数据、 历史曲线， 并可发送控制命令给 ARM实现报警或关闭加热源 / 电源。注：上位机软件程序可用 VB、 VC++做界面，也可简单地通过“串口调试软件”显示。三、系统总体方案3.1 总体方案设计利用 ARM7控制芯片、 LCD液晶屏、 LED、电位器、虚拟终端等分别实现；（ 1）通过电位器的移动来调节应采集的电压信号的大小；（ 2）通过液晶显示当前电压值和阈值及其大小关系；（ 3）通过蜂鸣器和 LED灯实现超限报警；（ 4）虚拟终端将实时电压显示出来，并通过串口物理端口将数据传递给上位机。图 1 设计方案总体框图系统初始化后， 通过调节电位器来调节采集电压信号的大小， 通过 LCD上显示当前电压值和阈值 ，通过按键实现电压阈值设定，如果采集的电压值超过设定的阈值电压，蜂鸣器会鸣叫且 LED等亮提示电压超限，起到报警的作用。3.2 ARM7 LPC2138 EasyARM2131 开发板是广州周立功公司设计的 EasyARM 系列开发套件之一，采用 了 PHILIPS 公司基于 ARM7TDMI-S 核、 单电源供电、 LQFP64 封装的 LPC2131，具有 JTAG 仿真调试、 ISP 编程等功能。开发板上提供了一些键盘、 LED、蜂鸣器等常用功能部件， 还具有 RS232 接口电路、 I 2C存储器电路。 另外， 用户也可以更换兼容的 CPU进行仿真调试， 如 LPC2132、 LPC2138、 LPC2142 等。灵活的跳线组合（开发板内使用的所有 I/O 均可断开连接） ，还有用户 I/O 接 口，极大地方便了用户进行 32 位 ARM嵌入式系统的开发实验。EasyARM2131 实验板功能特点：* 完全自主设计的软硬件、拥有自主版权的 JTAG 仿真技术；* 支持 ADS1.2 集成开发环境及其 PHILIPS 所有型号 ARM 微控制器的仿真与开发；* 采用 “主板＋ CPU PACK 适配器＋ SD 卡适配器 （标准配置） ＋多种可选配置适配器”* 的 形 式构成 EasyARM2131 开发 套 件， 标 准 配置的 CPU PACK 主芯片为LPC2131FBD；* 板上的功能部件与 CPU 之间，可以使用跳线器选择连接；* 全面支持 9 种型号的 64 PIN 小管脚 ARM7 微控制器：－ LPC213x（ LPC2131/2132/2134/2136/2138）－内置 USB 接口的 LPC214x(LPC2142/2144/2146/2148) * 多种免费商业化软件包及其详细的开发文档：* 移植 μ C/OS－ II 到 ARM7 软件包四、硬件设计4.1 AD 采样模块设计图 2 信号采集电路图4.2 LCD 液晶屏显示设计LCD液晶屏显示电路如图 4-2 所示。 该液晶可实现显示当前电压值和信号显示时间，具体控制和实现方法如下：左图为电压信号调节电路，如图所示，电源电压 Vcc=3.3V,故测量范围为（ 0~3.3V ） ，电位器RV2=1K,信号采集端接到 ARM7 芯片 P0.27口， 通过调节电位器改变采集 P0.2 口的电压值， 送至芯片内部 AIN0 （ AD 转换器）进行 A/D 转换。A/D 没有独立的参考电压引脚， A/D 的参考电压与供电电压连接在一起即 3.3V，假定从 ADDR寄存器中读取到的 10 位 A/D 转换结果为 VALUE ，则对应的时间电压为：VVALUEU 3.31024（ 1） ARM7的 P1.16-P1.23 口连接液晶屏的 DBO-DB7， 控制对液晶屏并行数据读和写；（ 2） ARM7的 P1.24 口连接液晶屏的 RS 口，控制并行的指令 /数据选择信号；（ 3） ARM7的 P1.25 口连接液晶屏的 R/W 口，控制并行的读写选择信号；（ 4） ARM7的 P1.26 口连接液晶屏的 EN 口，控制并行的使能信号；图 3 LCD 液晶屏电路图4.2.1 LCD 内部的 11 条指令序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 / 关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容11 从 CGRAM或 DDRAM读数 1 1 读出的数据内容表 1 LCD 内部指令表指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3： 光标和显示模式设置 I/D ： 光标移动方向， 高电平左移， 低电平右移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C： 控制光标的开与关， 高电平表示有光标， 低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C ：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示， 高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符， 高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器 RAM地址设置。指令 8： DDRAM地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。液晶显示部分的程序可根据上表进行编写，本文中如果电压超过设定值 w,则显示屏上显示当前电压且大于设定电压， 否则， 显示当前电压且小于设定电压，清晰的看出当前电压情况。4.3 按键调节电路图 4 按键调节电路图4.4 蜂鸣器和 LED报警电路按键 SWI 和按键 SWI1 分别接到芯片的P0.26、 P0.30 口， 当按键 SWI 按下时， P0.26口的变为低电压，当程序检测到 IO0PIN 的改变，阈值电压 w=w+200；同理，当按键 SWI1 按下时，阈值电压w=w-200；同时液晶屏上会显示此时电压 >阈值电压，或此时电压 W,则蜂鸣器鸣叫报警，否则蜂鸣器不鸣叫。（ 5）循环执行（ 2） ~（ 4） 。图 7 系统主流程图5.2 液晶显示功能模块图 5-2 为液晶显示功能模块流程图；开始LCD初始化写命令到 LCD写数据到 LCD显示图 8 液晶显示功能模块流程图5.2.1 1602LCD 的一般初始化（复位）过程延时 15mS 写指令 38H（不检测忙信号）延时 5mS 写指令 38H（不检测忙信号）延时 5mS 写指令 38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读 / 写数据操作均需要检测忙信号写指令 38H：显示模式设置写指令 08H：显示关闭写指令 01H：显示清屏写指令 06H：显示光标移动设置写指令 0CH：显示开及光标设置5.3 串口通信模块串口通信模块的流程图如下：图 9 串口通信流程图5.3.1 串口通信的基本步骤（ 1）选择串口 UART0；（ 2）设置 UART0的工作模式为： 8 位字符长度， 1 个停止位，无奇偶校验，使能除数锁存寄存器（ 3）确定除数锁存寄存器高 8 位和低 8 位的数据；（ 4）串口通信还需锁相环（ PLL）来实现输出信号频率对输入信号频率的跟踪，PLL主要由下面这 3 个寄存器来控制状态：① PLLCON寄存器：控制 PLL 是否进行连接，这个连接需要在向 PLLFEED发送正确的信息（馈送序列）的时候才生效，且 PLLCON必须在 PLL开始连接之前就设置好，否则会造成系统不可预知的错误。② PLLCFG寄存器： 这个寄存器是用来设置倍频系数 M和分频系数 N的， 这两个值决定了倍频和分频的频率。③ PLLFEED:向此寄存器以连续的 VPB总线周期写入 0xAA,Ox55,即馈送序列，在正确的序列被写入 PLLFEED之后， PLLCON,PLLCFG才生效， PLL电路才能正确的连接到电路中。（ 5） UART0查询方式发送字节数据。5.4 AD 转换模块AD转换模块的流程图如下：图 10 AD 转换流程图使用 ADC 模块时，先要将测量通道引脚设置为 AINx 功能，然后通过 ADCR 寄存器设置 ADC 的工作模式、 ADC 转换通道、 CLKDIV 时钟分频值，并启动 ADC 转换。可以通过查询或中断的方式等待 ADC 转换完毕，转换数据保存在 ADDR 寄存器中。六、设计结果演示图 10 系统总体仿真图由图可看出当前电压和阈值电压， 也可直接通过 LED灯看出电压是否超过阈值，按键的按下能及时反映在液晶屏上阈值大小的变化。图 11 虚拟终端的电压显示图图 12 串口调试软件接收数据图七、设计体会回顾此次 ARM课程设计， 我感触颇多， 最深刻的体会是： 事情只有做了那你才能知道是什么结果， 开始觉得程序很难懂， 每次编都有好多错误， 很多垂头丧气的时候都想要放弃， 可是最终都放下情绪坚持了下来， 因为我坚信： 付出终会有收获， 同时也懂得了理论与实践相结合是很重要的， 只有理论知识是远远不够的， 只有把所学的理论知识与实际编程相结合起来， 才能充分运用和体会所学知识。我在设计中遇到了许多问题，同时也发现了自己的不足之处，比如：不够耐心，部分程序思路不清等，在今后的学习中我会慢慢改正。最后，很感激老师的指导，我会继续努力的！附：系统总程序#include#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define uint8 unsigned char #define uint32 unsigned int #define uint16 unsigned int #define Fpclk 11059200 //晶振频率#define UART_BPS 9600 #define LED (1>6) //处理转换值u=(long)ADC_data*3300/1024; //得到实际电压if((IO0PIN if((IO0PIN if(u>w) //报警显示{ IO1SET=IO1SET|LED; IO1SET=IO1SET|BEE; Add(0x89); WrDat(62); Add(0x8a); WrDat(119); } else {IO1CLR=IO1CLR|LED; IO1CLR=IO1CLR|BEE; Add(0x89); WrDat(60); Add(0x8a); WrDat(119); } delay(100); Add(0x83); WrDat(u/1000+0x30); Add(0x84); WrDat(u%1000/100+0x30); Add(0x85); WrDat(u%1000%100/10+0x30); Add(0x86); WrDat(u%1000%100%10+0x30); Add(0x87); WrDat(109); Add(0x88); WrDat(86); Add(0x8b); WrDat(0x3d); Add(0x8c); WrDat(w/1000+0x30); Add(0x8d); WrDat(w%1000/100+0x30); Add(0x8e); WrDat(w%1000%100/10+0x30); Add(0x8f); WrDat(w%1000%100%10+0x30); lcd_printf(dis,u); } int main() //主函数{ PINSEL1=0x00000000; PINSEL0 =0x00000000; //设置所有管脚连接 GPIO PINSEL2 =0x00000000; PINSEL0 |= 5; //P0.0 为 TxD0, P0.1 为 RxD0 UART0_Ini(); // 串口初始化delay(100); lcd_init(); PINSEL1=0X00400000; IO1DIR=IO1DIR|0xffffffff; //引脚均设为输出状态w=2800; //---------------------------------------- 对于串口要加入VPBDIV = 2; PLLCFG = (1) | (0 << 5); PLLCON = 3; // 设置激活并连接 PLL PLLFEED = 0xaa; // 发送 PLL 馈送序列，执行激活和连接动作PLLFEED = 0x55; //---------------------------------------- while(1) { PINSEL1=0x00400000; ADCR=(1<<0) |((Fpclk/1000000-1)<<8)|(0<<16) |(0<<17)|(1<<21) |(0<<22)|(1<<24)|(0<<27); delay(10); ADC_data=ADDR; adcwork(); UART0_SendStr(“The current voltage is “); UART0_SendByte((u/1000)+ 0 ); UART0_SendByte((u%1000/100)+ 0 ); UART0_SendByte((u%1000%100/10)+ 0 ); UART0_SendByte((u%1000%100%10)+ 0 ); UART0_SendStr(“mV\r\n“); delay(10); } }