基于ARM7的LCD顯示電壓示波系統(tǒng)的設(shè)計

　　本設(shè)計以ARM7微處理器為核心,采用ARM7中的高速A/D為測壓單元,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?數(shù)據(jù)結(jié)果通過LCD實時顯示,顯示方式友好直觀;采用RAM和UART分別存儲和傳輸數(shù)據(jù),實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期存儲和與PC的通信傳輸。采用31/2位或41/2位段位式LCD液晶數(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。對于多功能的智能儀表，采用點陣式LCD液晶顯示模塊，可提供更為豐富靈活的顯示內(nèi)容。點陣式LCD顯示模塊是一種集顯示、控制與驅(qū)動與一體的顯示器件。為了簡化電路,充分發(fā)揮ARM的性能,采用了320×240的16級灰度LCD。

　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計

　　本系統(tǒng)要求軟件完成的功能有以下幾個方面。

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

　　● 采樣數(shù)據(jù)處理功能。在系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)采集完成后，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理。實時處理主要是將外部電壓進(jìn)行高速A/D轉(zhuǎn)換，然后動態(tài)顯示。系統(tǒng)還可利用按鍵對超過報警設(shè)定值進(jìn)行動態(tài)修改。

　　● LED顯示和RTC功能。本實驗充分利用了LED顯示和實時時鐘功能。

　　● 報警處理功能。將實時數(shù)據(jù)與人機對話設(shè)定電壓測量最大值進(jìn)行比較，之后做出報警動作。

　　● 顯示最大值功能。將實時數(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)可以在上電時讀取110位上次運行的實時數(shù)據(jù)，并作為這次的歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還可以按鍵來存儲當(dāng)前的110位實時數(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位實時數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機顯示。

　　為了實現(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。采樣模塊完成對實時數(shù)據(jù)的采樣并保存;LED顯示按鍵處理模塊主要功能是對采樣數(shù)據(jù)的處理，并把它們轉(zhuǎn)換成有實際意義的參數(shù);LCD顯示模塊是將各種參數(shù)在LCD顯示出來;報警、存儲及串口處理模塊主要是實時對實時數(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，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)動板也可以，總之要能夠連接單片機或者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，簡單實用，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

　　1 設(shè)計思想

　　在此簡易示波系統(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)換一次的時間就等于ARM的內(nèi)核工作頻率的9倍的時間，這樣每次A/D的時間就相當(dāng)快了，這時我們再采用兩路A/D間隔采樣，這樣每次A/D的時間就又縮短了一半。理論上講，這時的每次A/D采樣時間差不多為2μs。這樣，此系統(tǒng)的對外部電壓的響應(yīng)速度就提高了一個檔次了，所以此系統(tǒng)的A/D性能比較高。