基于ARM7的LCD顯示電壓示波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)以ARM7微處理器為核心,采用ARM7中的高速A/D為測(cè)壓?jiǎn)卧?提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?數(shù)據(jù)結(jié)果通過LCD實(shí)時(shí)顯示,顯示方式友好直觀;采用RAM和UART分別存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和與PC的通信傳輸。采用31/2位或41/2位段位式LCD液晶數(shù)碼顯示器的儀表已不罕見，但段位式LCD顯示器的功能較局限。對(duì)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(nèi)容。點(diǎn)陣式LCD顯示模塊是一種集顯示、控制與驅(qū)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(jí)灰度LCD。

　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)要求軟件完成的功能有以下幾個(gè)方面。

　　● 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)要求能夠?qū)崟r(shí)采集外部電壓的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　● 采樣數(shù)據(jù)處理功能。在系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集完成后，要對(duì)數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換，然后動(dòng)態(tài)顯示。系統(tǒng)還可利用按鍵對(duì)超過報(bào)警設(shè)定值進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改。

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

　　● 報(bào)警處理功能。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與人機(jī)對(duì)話設(shè)定電壓測(cè)量最大值進(jìn)行比較，之后做出報(bào)警動(dòng)作。

　　● 顯示最大值功能。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中的最大值給予保存和顯示。

　　● 利用EEPROM讀寫數(shù)據(jù)功能。系統(tǒng)可以在上電時(shí)讀取110位上次運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并作為這次的歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還可以按鍵來存儲(chǔ)當(dāng)前的110位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　● 串口發(fā)送數(shù)據(jù)功能。系統(tǒng)可通過按鍵，通過串口將100位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)顯示。

　　為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊清晰，本系統(tǒng)采用了μC/OS-II操作系統(tǒng)。按照上述要求，本系統(tǒng)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(bào)警、存儲(chǔ)及串口處理模塊。采樣模塊完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣并保存;LED顯示按鍵處理模塊主要功能是對(duì)采樣數(shù)據(jù)的處理，并把它們轉(zhuǎn)換成有實(shí)際意義的參數(shù);LCD顯示模塊是將各種參數(shù)在LCD顯示出來;報(bào)警、存儲(chǔ)及串口處理模塊主要是實(shí)時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。圖1即為總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)圖。

　　圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　系統(tǒng)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法比擬的優(yōu)點(diǎn)，普遍應(yīng)用于基于微處理器的儀器儀表及監(jiān)視、控制等智能裝置的終端顯示和人機(jī)接口中。STN LCD——市面上銷售的單色LCD絕大多數(shù)都是這種類型。STN LCD可選擇自帶LCD驅(qū)動(dòng)器/控制器的STN LCD模塊。TFT LCD——即俗稱的“真彩色”液晶。TFT LCD通常一定要選擇總線型液晶顯示器，或者外接ARM的LCD驅(qū)動(dòng)板也可以，總之要能夠連接單片機(jī)或者ARM。

　　2 LED顯示與鍵盤模塊

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

　　圖2 LED顯示與鍵盤模塊

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　1 設(shè)計(jì)思想

　　在此簡(jiǎn)易示波系統(tǒng)中，我們采用了LPC2138這種高性能ARM，由于ARM處理器處理速度極快，并且它內(nèi)部帶4路A/D轉(zhuǎn)換。我們知道，ARM中的Fpclk是ARM外設(shè)的頻率，常規(guī)情況下，是ARM內(nèi)核工作頻率的1/4，但我們可以自行修改設(shè)定Fpclk等于ARM內(nèi)核的頻率Fcclk，然后我們自行設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換功能不分頻，并且可以設(shè)定采樣的精度設(shè)為8位，這樣每A/D轉(zhuǎn)換一次的時(shí)間就等于ARM的內(nèi)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(dāng)快了，這時(shí)我們?cè)俨捎脙陕稟/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(tǒng)的對(duì)外部電壓的響應(yīng)速度就提高了一個(gè)檔次了，所以此系統(tǒng)的A/D性能比較高。