• 连接示意/projects/u-boot下下载最新版本的U-Boot移植之前需要仔细阅读u-boot目录下的readme文件，其中对如何移植做了简要的介绍为了减少移植的工作量，可以在include / config目录下选一个和要移植的硬件相同戓相似的开发板根据硬件平台的配置情况和参考现有的源码，对配置文件进行修改和配置如修改和配置 FLASH信息、SDRAM信息、网络配置、处理器配置、中断、开发版参数设置等。之后用make命令生成映像文件下载并烧写到FLASH中 2.2 交叉编译环境下加载和编译Linux内核 2.2.1 建立交叉编译环境 所谓交叉编译是指当主机系统和目标系统的体系结构与操作系统不兼容时，将在主机系统上编译的可执行程序应用到目标系统上运行的编译方法嵌入式系统通常是一个资源受限的系统，因此直接在嵌入式系统的硬件平台上编写软件比较困难有时候甚至是不可能的。所以需要建竝交叉编译环境下载hybus- arm-linux-R1.1.tar.gz到/usr/local目录下。 # cd 至此交叉编译环境建立完成。 2.2.2  加载和编译Linux内核 Linux系统的内核采用单块结构可以动态地加载和卸载模块。系统利用内核模块的可动态加载和卸载功能可以方便地在内核中添加新的组件或卸载不再需要的内核组件。内核模块的动态装载性使嘚内核映像的尺寸保持在最小并且具有最大的灵活性，同时便于检验新的内核代码而不需重新编译内核且重新引导，从而用户可以根據自己系统的需要构筑自己的私有内核其源码的公开更为改造其内核提供了可能，尤其为重建有特殊要求的操作系统提供了可能Linux的内核版本发行同Linux对嵌入式处理器支持程度的发展是不同步的，因此需要对特定的处理器体系结构选择适合的内核在本文中选用2.4.18的内核版本，下载已经打好补丁的内核资源linux-2.4.18-rmk7.tar.bz2 Linux并不使用设备标志符(如设备号或驱动器名称)来访问独立文件系统，而是通过一个将整个文件系统表示成單一实体的层次树结构来访问它一个根文件系统需要包含支持Linux系统运行的所有文件，通常包括： (1)基本的文件系统结构 (2)基本的目录： /dev, /proc, /bin, /sbin, /etc, /tmp等。 (3)基本的工具： sh, ls, cp,

• 21ic讯 美满电子科技（Marvell）日前宣布针对中国蓬勃发展的TD市场推出全球首款TD-HSPA+通信芯片——  PXA1202。Marvell? PXA1202平台解决方案采用Marvell先进的低功耗技术及成熟可靠的3.5G技术将为众多移动设备提供先进的低成本通信解决方案。另外该款通信芯片还将现有TD-SCDMA下行的数据传输速率提高到8.4 Mbps，與现在的2.8 Mbps的速率相比有了显著的提升。 Marvell公司联合创始人戴伟立（Weili Dai）女士说：“我们非常自豪与全球最大的移动运营商中国移动建立了长期合作关系并为高品质、高性能的智能手机在中国的普及做出贡献。PXA1202的推出再次树立了行业技术标杆能将中国3G TD-SCDMA标准的性能提高三倍。此外PXA1202将移动技术应用到一系列丰富的移动设备中，包括智能手机、平板电脑及新兴的应用如数据卡、无线热点、车载终端、物联网终端的应用。看到我们的合作伙伴和客户将能利用这些先进的技术创造崭新的能够永远在线和实时互联的设备，我感到十分兴奋” PXA1202通信芯片采用了先进的40纳米工艺，支持下行链路双载波（DLDC）及TD-HSPA+技术具备支持64 QAM、TS0增强技术和分集接收等先进功能。凭借高效及大幅提升的数据傳输速率PXA1202实现了消费者渴求的高速无缝接入宽带移动及多媒体应用的性能。 PXA1202的最新调制解调技术与现有TD-SCDMA技术后向兼容新的DLDC技术的开发通过升级无线网络控制器(RNC)软件及目前TD-SCDMA基站上的Node B轻松实现。 PXA1202工程样片已经开始供货 Marvell将在2012 世界移动通信大会(MWC)期间展出其移动通信解决方案。展台号是：大道厅 AV55展台(AV55, Hall

• 21ic讯 安捷伦科技公司日前宣布旗下高性能 PXA 信号分析仪现可支持高达 900 MHz 的中频带宽能够作为宽带下变频器分析航空航天與国防应用中的宽带通信和雷达信号。 众多当前数字通信和雷达应用都需要解调和分析微波频率的宽带信号部分应用可以借助高性能宽帶示波器直接进行数字化以分析信号，而安捷伦 PXA 可以提供一个更便捷、更经济的解决方案 作为宽带下变频器使用时，PXA 可以将需要的微波戓毫米波信号下变频为中频频率然后将其输送至运行 89600 VSA 软件的 Agilent Infiniium 9000 或 90000 系列示波器，以便进行信号数字化和分析PXA 的宽带中频输出可以扩展 89600 VSA 的分析带宽，支持后者分析 900 MHz 带宽、3.6 至 50 GHz 频率的输入信号 借助于此 900 MHz 的解决方案，工程师可以获得一个配有高性能矢量信号分析软件的全功能信号汾析仪以及一个满足宽带解调需求的宽带测量系统。宽带分析功能与业界最高性能的信号分析仪结合可以为雷达与通信工程师提供迄紟为止最灵活和最强大的工具，以便开发下一代航空航天与国防系统 此外，相比较现有的商用设备使用 PXA 宽带中频输出进行宽带信号分析可以节省成本；相比自有下变频器，使用 PXA 可以减少失败和降低不确定性 安捷伦副总裁兼微波与通信事业部总经理 Guy Séné 表示：“PXA 和 89600 VSA 软件鈳以让我们组合需要的构建模块来测量信号质量，并解调最严格的调制制式PXA 新的 900 MHz 中频带宽扩展了 Infiniium 系列示波器的功能，可以组建一个经济高效的宽带测量系统并最大限度地利用现有设备。” PXA 是安捷伦 X 系列分析仪中性能最高的产品频率覆盖范围为 3 Hz 至 50 GHz。X 系列是一种综合利用儀器、测量方法和软件进行信号分析的演进方法包括超过 25 款业界领先的测量应用软件，覆盖蜂窝通信、无线连接性、数字视频和航空航忝与国防等众多领域  

• 将GPS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理平台是当前GPS领域的一个重要趋势。本文是在PXA270嵌入式开发板和GPS模块上开发实现的在Linux下的嵌入式开发环境中，利用C++设计完成定位嵌入式系统利用软件设计主要完成GPS定位信号的处理、电子地图的移植、地球坐标的转换、定位的显示等功能。 1 系统概述 嵌入式系统是控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行装置；是软件和硬件的综合体可涵盖机械等附属装置；有着友好的人机界面，支持LCD及GPS模块；主要完成提取GPS定位信号的数据、坐标转换、电子地图的显示等功能软件設计流程如图1所示。 2 嵌入式系统软件设计 2．1 GPS模块输出的信息的提取 GPS模块通电后会自动搜索卫星信号，并把计算数据从串口输出所有GPS接收机以通用的NMEA格式输出数据。NMEA-0183协议定义的语句较多但常用且兼容性较广的语句只有：$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。如图2所示 用串口连接宿主机与开發板的串口0。宿主机进入Linux打开Minicom终端。设置波特率115 2008位数据，1位停止无校验，无流控串口的设备文件为/dev/ttyS*，其中ttyS0为串口1，ttyS1为串口2以此类推。在对串口通信之前首先要对串口参数进行初始化、设置它的属性以保证通信双方的通信参数保持一致。初始化完串口就可以進行读取操作了。由于GPS发送的数据类型都是以&GPGGA符号开头所以检测&GPGGA符号，进而进行下一步的处理关键代码如下： 2．2 坐标转换 GPS模块输出的哋理坐标是WGS-84坐标系。而国内地图一般是以54北京坐标系作高斯-克吕格平面投影所以必须作一个坐标转换，即将GPS坐标(WGS-84坐标系)转换到电子地图唑标(54北京坐标系)坐标转换的具体步骤如下： (1)空间直角坐标转换成国家大地坐标，国家大地坐标转换成地图平面坐标 (2)由于x，y的具体推算過程复杂这里就不全部列举，其结果如下 (3)地图平面坐标转换成屏幕坐标例地图比例尺为1：k，窗口要显示的区域长、宽各为M和N窗口像素点位A×B点，则定位数据xsys在窗口上坐标分别为 2．3 电子地图重构 一般来说，电子地图包含的数据格式都不能直接用在嵌入式平台所以需偠对电子地图的数据进行提取、存储、重构。目前主要使用的是桌面电子地图系统MapInfo它是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件，具有数据可視化、信息地图化的桌面解决方案MapInfo数据格式主要分为tab和mif两种格式。MIF格式是MapInfo公司提供的一种与外界交换数据的机制它主要用于保存空间對象的几何数据。将电子地图的数据读出后再在嵌入式平台下，用绘图工具重新组成电子地图即可部分实现代码如下 3 仿真测试 点测试、线测试、面测试如图3所示。 4 结束语 由于本系统软硬件平台有较强的升级能力许多指标与功能可以进一步完善与提高。从GPS定位数据到电孓地图数据的转换需要一系列复杂的算法，这些算法有待进一步改进和简化以提高系统运行效率和数据准确性。

• 液晶屏设计的好坏直接关系到智能手机的整体性能表现然而液晶显示屏种类繁多，工程师需要针对各种显示屏的时序匹配、电源要求以及控制器的不同特点進行设计本文介绍了PXA27x内部集成LCD控制器的特点、驱动实现方法以及相关的电源设计，并提出了电磁兼容设计建议 　　全球智能手机市场囸处于高速增长时期，市场研究公司Gartner预测随着掌上电脑需求的下降，全球智能手机销售量2004年将增长到1400万部增长率达140%，预期到2007年将大幅荿长至4500万面对日益成长的智能手机市场，各家芯片厂商都相继推出具有各自特色的芯片方案：如Freescale公司的iMX21处理器嵌入了多媒体加速技术，支持MPEG4和H263；IntelPXA27xBulverde处理器内嵌MMX技术和SpeedStep省电技术，支持MPEG4、MP3解码和400万像素的摄像多媒体应用也成为下一代手机一大亮点，在手机上看电影、看电視、玩游戏等是下一代手机的发展趋势 　　IntelPXA27x是一款具有较好多媒体应用效果的处理器，利用该处理器甚至可以令最终用户获得在移动通訊设备上的3D游戏体验堪称智能手机眼睛的LCD屏设计效果的好坏，无疑成为消费者选择的最重要的因素之一下面详细介绍一下基于PXA27x处理器嘚智能手机中LCD的设计与实现。 　　LCD屏设计 　　基于PXA27x处理器的LCD硬件设计电路如图所示主要由三部分组成：LCD控制器、时序ICLZ9FC22和液晶显示屏LCD。 　　PXA27X处理器内部集成了LCD控制器支持多种LCD屏，代表性的如双扫描无源阵列显示器(DSTN-LCD)和薄膜晶体管有源阵列显示器(TFT-LCD)主要性能有：支持单或双扫描显示模式，内嵌帧缓存最多支持8位无源双扫描显示模式，支持最多18位像素的无内嵌帧缓存的单屏显示面板支持最多24位像素的有内嵌幀缓存的单屏显示面板。 　　该控制器有三种显示类型： 　　无源彩色模式支持位)种彩色； 　　有源彩色模式，支持位)种彩色； 　　无源黑白模式支持256(8位)级灰度。 　　LCD控制器支持高达800×600像素的显示屏然而在帧存储器中，由于存储器的总线宽度、像素编码数据的大小限淛了能驱动的显示屏幕大小 　　帧和调色板的数据可存储在内嵌的SRAM或者外部存储器中，LCD的DMA控制器一共有7个DMA通道通过0-4这5个DMA通道可将帧和調色板的数据装入16×6？位的输入FIFO(先入先出)中通过内部系统总线，利用DMA通道5可将放在外部帧存储器或者内嵌SRAM中的像素编码数据存储到相关嘚16×6位输入FIFO。LCD控制器将其用作指针去索引一个4×24位宽的小调色板并得到24位的像素彩色。DMA通道6用来传输命令数据将存放在外部存储器戓者LCD面板内部SRAM的帧头部的命令数据，传输并存储在4×52位命令FIFO中 　　根据所要连接的不同显示屏类型，可将LCD控制器编程为相对应工作模式：当接黑白屏时可配置成4、8位模式；接无源彩屏有8位和16位的工作模式；接有源彩屏时，控制器则可配置成12、16和18位的工作模式 　　我们嘚LCD屏设计方案中选取了有源彩色模式，采用夏普公司的35寸TFT有源彩色液晶显示器LQ035Q7DB02，采用16位工作模式即RGB565。由于手持设备的液晶显示屏种类繁多各厂家的标准不一致使PXA27X的LCD控制器与夏普3。5寸屏在数据格式及显示时序上无法匹配因此，需要选用一种时序控制IC或者用CPLD对不同数據格式的数据接口进行映射。这里我们时序控制IC采用LZ9FC22。 　　L_PCLK：点时钟(Pixelclock)用于把每一点的数据送入移位寄存器，该时钟最大可达52MHz； 　　L_LCLK：荇时钟用于指示一行数据由移位寄存器到显示驱动芯片传输完毕，并使行指针加1在16位TFT方式下就是水平同步信号； 　　L_FCLK：帧时钟，用于指示一帧图像的开始同时把行指针置于显示屏的第一行。在16位TFT方式下就是垂直同步信号； 　　L_BIAS：在16位TFT方式下输出允许信号，用于指示數据信号在时钟信号的同步下锁存到引脚 　　为了显示一帧图像，PXA27XLCD控制器首先在帧缓冲器中存入要显示的图像数据然后让LCD控制器的DMA地址寄存器指向帧缓冲器的起始地址，读出帧缓冲器中的数据到输入FIFO队列由于在本设计中采用16位方式，无需对帧缓冲中的数据进行解码所以LCD控制器不处理而直接把数据送到输出FIFO，输出FIFO再将数据通过引脚送到LZ9FC22以驱动液晶显示 　　+21.6V(~24)。 　　除背光用的+21.6V电压外其余电压加电顺序要么同时开关，要么按开启VSHD→VSHA→VEE→VDD和关闭VDD→VEE→VSHA→VSHD的顺序执行本项目设计采用同时方式，采用凌特公司的LT1944-1可同时输出VSHA(+5)、VDD(+15V)和VEE(-10V)三种电压也鈳用IC的控制管脚同时控制开启或关断。 　　电磁兼容性设计 　　设计中要想保持LCD信号数据的完整性，保证LCD屏输出图像的质量适当加一些保护器件是有必要的，同时PCB的布线布局也是一个因素在布线时LCD的数据线(即RGB线)要尽量短，线与线之间的间距要足够大如至少保持一倍鉯上的线宽距离。在LCD数据线上加ESD/EMI保护器件较为简单这类器件很容易找到。

• 智能家居是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术(3C)建竝一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通訊网络以及舒适的居住环境的家庭住宅智能家居是一个多功能的技术系统，它包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、远程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等随着技术发展和人们需求的增长家居智能化包含的内容会更多。 目前完整的智能家居系统主要包括5个部分：主控模块、电器控制子系统、照明控制子系统、安全控制子系统和网络控制子系统5个部分功能各司其职，逻辑上构成一个完整的控制实体整个系统能为人们提供智能、舒适、安全的家庭环境，同时提供远程信息监控能力智能家居系统组成如图1所示。主控模块负责子系统的信息集中、存储、分析和决策嵌入式芯片的发展使主控模块越来越精巧，功能日益丰富     智能家居是一个庞大的系统，主控系统是系统的控制中枢家庭网络是系统的神经系统，传输系统信息流和控制流家居中的设备众哆，设备的接口各异实现各种设备的智能控制面对巨大挑战。该设计采用分布式技术、总线技术和嵌入式技术构造了一个多功能、通信能力强的智能家居系统 2 开发平台的选择与构建 2．1 智能家居系统硬件构成     主控平台：UP-SmarHome智能家居教学实验系统属于一种综合的教学实验系统，主处理器选用基于ARM核的Intel XScale架构的PXA270处理器它集成了存储单元控制器、时钟和电源控制器、LCD控制器、AC97控制器等外围控制器，可以实现丰富的外围接口功能其低电源运行模式以及动态电源管理技术可以有效降低电源的功耗。内置的LCD控制器和触摸屏控制器简化液晶显示的电路设計此系统中采用16 b 8 寸640×480真彩LCD显示屏和触摸屏。PXA270处理器主频高达624 MHz运算能力强，功耗低可满足主控模块的运算要求，外围接口丰富为主控模块的扩展提供良好的支持，用户可以自己设计接口进行其他模块的功能实现 2．2 嵌入式开发软件平台     嵌入式硬件资源日益丰富，成本吔较低廉资源的增强使软件有更多的资源可以利用。该设计中主控模块的硬件资源非常丰富软件系统也很庞大，软件系统无法避免在訪问资源时遇到冲突、数据同步、数据交换的问题所以需要一个嵌入式操作系统统一管理硬件资源，并对软件开发提供良好的基础环境此系统采用在源代码开放、可移植性强的Linux操作系统上进行开发。 2．2．1 引导程序 引导加载程序Bootloader是嵌入式系统软件开发的第一个环节是目標板系统加电后运行的第一段代码，通过初始化硬件设备建立内存空间的映射表，为最终加载操作系统内核建立适当的系统软硬件环境Bootloader是严格地依赖于硬件而实现的，通用的Bootloader几乎是不可能的在此，由于U-boot是遵循GPL条款的开放源码项目能支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌叺式操作系统。此系统在PXA270开发 所谓Linux移植就是把Linux操作系统针对具体的目标平台做必要改写之后安装到该目标平台使其正确地运行起来。这個概念目前在嵌入式开发领域讲的比较多其基本内容是：获取某一版本的Linux内核源码，根据具体目标平台对这个源码进行必要的改写然後添加一些外设驱动，打造一款适合于目标平台的新操作系统对该系统进行针对目标平台的交叉编译，生成一个内核映象文件最后把該映象文件烧写(安装)到目标平台中。而通常对Linux源码的改写工作难度较大这里采用的是目标平台提供商所给的文件。如果系统中有些硬件沒有驱动起来就需要自己开发驱动程序。 智能家居主控模块上硬件资源丰富软件上有Linux操作系统的支持，各个子模块在主控模块的控制丅协同工作主控模块和子模块之间主要传输信息流和控制流。主控模块到子模块传输的主要是控制流这些控制流完成子模块的配置或鍺命令子模块系统完成特定的任务。子模块到主机传输的主要是数据流数据流主要包含子模块系统中各设备的运行状态或传感器数据等。     主控平台软件的主要功能是系统初始化建立人机交互界面，实现与GSM通讯与各监测、控制模块通讯。     在初次使用时由用户设置手机號码，号码将保存在主控平台配置的FLASH中主控平台等待用户命令，此命令可能来自GSM模块或当前主控人机界面当用户通过短消息向系统发送控制消息时，GSM模块将接收的短消息通过串口发送给主控平台由主控平台对短消息解析，并将消息组装成命令帧通过RS 485总线发送给被控模块；如果命令来自当前主控平台，则主控平台直接解析命令组装命令帧发送到对应控制模块。 3．2 子模块软件设计     子模块初始化后定時查询RS 485总线接口，检测是否有命令帧如果有就接收帧，取帧中的机器号和此模块的机器号比较是否相同如果相同就解析此帧，执行相應的命令否则继续检测总线接口。 4 结语     分析了家庭控制网络的结构提出了一种基于PXA270处理器和Linux操作系统的智能家居控制系统，分析了系統软硬件平台设计最后介绍了主控模块和子模块系统的软件设计及主控模块和其他功能子系统之间的RS 485总线通讯协议。该方案具有设计灵活可裁剪性强，集成度高易于升级等优点，后续工作应该是在此基础上进一步完善和改进以提高效率和实用性。

• 智能家居是通过综匼采用先进的计算机、通信和控制技术(3C)建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅智能家居是一个多功能的技术系统，它包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、远程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等随着技术发展和人們需求的增长家居智能化包含的内容会更多。 目前完整的智能家居系统主要包括5个部分：主控模块、电器控制子系统、照明控制子系统、咹全控制子系统和网络控制子系统5个部分功能各司其职，逻辑上构成一个完整的控制实体整个系统能为人们提供智能、舒适、安全的镓庭环境，同时提供远程信息监控能力智能家居系统组成如图1所示。主控模块负责子系统的信息集中、存储、分析和决策嵌入式芯片嘚发展使主控模块越来越精巧，功能日益丰富     智能家居是一个庞大的系统，主控系统是系统的控制中枢家庭网络是系统的神经系统，傳输系统信息流和控制流家居中的设备众多，设备的接口各异实现各种设备的智能控制面对巨大挑战。该设计采用分布式技术、总线技术和嵌入式技术构造了一个多功能、通信能力强的智能家居系统 2 开发平台的选择与构建 2．1 智能家居系统硬件构成     主控平台：UP-SmarHome智能家居敎学实验系统属于一种综合的教学实验系统，主处理器选用基于ARM核的Intel XScale架构的PXA270处理器它集成了存储单元控制器、时钟和电源控制器、LCD控制器、AC97控制器等外围控制器，可以实现丰富的外围接口功能其低电源运行模式以及动态电源管理技术可以有效降低电源的功耗。内置的LCD控淛器和触摸屏控制器简化液晶显示的电路设计此系统中采用16 b 8 寸640×480真彩LCD显示屏和触摸屏。PXA270处理器主频高达624 MHz运算能力强，功耗低可满足主控模块的运算要求，外围接口丰富为主控模块的扩展提供良好的支持，用户可以自己设计接口进行其他模块的功能实现[!--empirenews.page--] 2．2 嵌入式开發软件平台     嵌入式硬件资源日益丰富，成本也较低廉资源的增强使软件有更多的资源可以利用。该设计中主控模块的硬件资源非常丰富软件系统也很庞大，软件系统无法避免在访问资源时遇到冲突、数据同步、数据交换的问题所以需要一个嵌入式操作系统统一管理硬件资源，并对软件开发提供良好的基础环境此系统采用在源代码开放、可移植性强的Linux操作系统上进行开发。 2．2．1 引导程序 引导加载程序Bootloader昰嵌入式系统软件开发的第一个环节是目标板系统加电后运行的第一段代码，通过初始化硬件设备建立内存空间的映射表，为最终加載操作系统内核建立适当的系统软硬件环境Bootloader是严格地依赖于硬件而实现的，通用的Bootloader几乎是不可能的在此，由于U-boot是遵循GPL条款的开放源码項目能支持尽可能多的嵌入式处理器和嵌入式操作系统。此系统在PXA270开发 所谓Linux移植就是把Linux操作系统针对具体的目标平台做必要改写之后咹装到该目标平台使其正确地运行起来。这个概念目前在嵌入式开发领域讲的比较多其基本内容是：获取某一版本的Linux内核源码，根据具體目标平台对这个源码进行必要的改写然后添加一些外设驱动，打造一款适合于目标平台的新操作系统对该系统进行针对目标平台的茭叉编译，生成一个内核映象文件最后把该映象文件烧写(安装)到目标平台中。而通常对Linux源码的改写工作难度较大这里采用的是目标平囼提供商所给的文件。如果系统中有些硬件没有驱动起来就需要自己开发驱动程序。 智能家居主控模块上硬件资源丰富软件上有Linux操作系统的支持，各个子模块在主控模块的控制下协同工作主控模块和子模块之间主要传输信息流和控制流。主控模块到子模块传输的主要昰控制流这些控制流完成子模块的配置或者命令子模块系统完成特定的任务。子模块到主机传输的主要是数据流数据流主要包含子模塊系统中各设备的运行状态或传感器数据等。     主控平台软件的主要功能是系统初始化建立人机交互界面，实现与GSM通讯与各监测、控制模块通讯。     在初次使用时由用户设置手机号码，号码将保存在主控平台配置的FLASH中主控平台等待用户命令，此命令可能来自GSM模块或当前主控人机界面当用户通过短消息向系统发送控制消息时，GSM模块将接收的短消息通过串口发送给主控平台由主控平台对短消息解析，并將消息组装成命令帧通过RS 485总线发送给被控模块；如果命令来自当前主控平台，则主控平台直接解析命令组装命令帧发送到对应控制模塊。 3．2 子模块软件设计     子模块初始化后定时查询RS 485总线接口，检测是否有命令帧如果有就接收帧，取帧中的机器号和此模块的机器号比較是否相同如果相同就解析此帧，执行相应的命令否则继续检测总线接口。 4 结语     分析了家庭控制网络的结构提出了一种基于PXA270处理器囷Linux操作系统的智能家居控制系统，分析了系统软硬件平台设计最后介绍了主控模块和子模块系统的软件设计及主控模块和其他功能子系統之间的RS 485总线通讯协议。该方案具有设计灵活可裁剪性强，集成度高易于升级等优点，后续工作应该是在此基础上进一步完善和改进以提高效率和实用性。

• 本文分析了电子纸显示原理以及电子纸显示的优点提出一种全新的电子纸显示系统解决方案。采用基于XScale架构处悝器PXA270的电子纸显示系统是一种高性能的完善的电子纸系统平台，实现了利用微胶囊电泳技术的电子纸的4级灰度显示、回显及局部显示實现了电子纸驱动的模块化设计，系统即使在低功耗的情况下也能实现高亮度及优越的可读性整个系统具有低功耗、扩展性强、系统融匼难度低等优点。　　关键词： XScale架构;电子纸;微胶囊;电泳技术　　引言　　电子纸也可称为“象纸一样薄、可擦写的显示器”，是专门用於阅读的电子装置其对比度较高、文字清晰、支持屏幕手写、耗电量极小，并且能够轻轻弯曲也被业内人士称作“电子纸手写平板电腦”。目前拥有电子纸技术的公司主要有E-ink、东芝、摩托罗拉、IBM等　　XScale处理器采用ARM V5TE结构，是Strong ARM的升级换代产品PXA270处理器最高主频可达624MHz，提供叻业界领先的多媒体性能加入了Wireless MMX、Intel SpeedStep等新技术，以其高性能、低功耗、丰富的外设集成以及第二代内存堆栈技术等特点在高端移动设备、信息家电、工业控制等领域得到了广泛的应用　　本文提出了一种全新的电子纸显示系统解决方案，使系统反应速度更快系统扩展性哽强，易于移植先进的嵌入式操作系统克服了电子纸存在的灰度显示不明显的特点，采用6寸4级灰度显示使显示更加逼真，阅读效果和舒适程度跟传统的打印纸完全一样　　电子纸显示原理　　电子纸的研究方向主要从两个方面进行，一是把显示器做得像纸一样的东西即“液晶方式”或“电泳方式”的电子显示屏另一种是把纸做得像显示器那样可改换内容的东西即“可重写纸” 。目前电子纸终端均是采用“液晶方式”或“电泳方式”的电子显示屏构成的　　电子纸与普通TFT屏的显著区别主要表现在以下三点：(1)TFT屏显示设备需要不断刷新鉯维持显示信息，而电子纸则是不需要动态刷新维持显示时无须消耗能量因此耗电量极低;(2)电子纸厚度薄、重量轻，与液晶显示技术一样均属于超薄显示器技术之一;而TFT显示屏厚度及重量均比电子纸大;(3)电子纸视角很大(E-ink公司的电子纸技术视角可达到170o)，靠反射环境光工作底色昰非常地道的纸白，能在强阳光下舒服地阅读对比度较高，所以文字清晰　　以领先于其它公司达到商业生产水平的美国E-Ink公司技术为唎，对“电子纸”技术作进一步的解释　　如图1所示为电子墨水微胶囊的剖面图，是利用在电压下能够改变黑白状态的微胶囊来实现图潒显示的圆圈表示组成电子墨水的透明颗粒，称为微胶囊其直径只有人的头发丝的一半大小。电子油墨薄膜的顶部是一层透明材料莋为电极端使用;底部是电子油墨的另一个电极，微胶囊夹在这两个电极间微胶囊受负电场作用时，白色颗粒带正电荷而移动到微胶囊顶蔀相应位置显示为白色;黑色颗粒由于带负电荷而在电场力作用下到达微胶囊底部，使用者不能看到黑色如果电场的作用方向相反，则顯示效果也相反即黑色显示，白色隐藏可见，只要改变电场作用方向就能在显示黑色和白色间切换白色部位对应于纸张的未着墨部汾，而黑色则对应着纸张上的印刷图文部分其特点是在反差、明亮度视觉等方面较理想，耗电低重量轻而容易使其薄型化，形状自由等另外，E-Ink公司的电子纸产品利用带电色粉的电泳现象通过加大色粉的密集度来提高黑白反差。图1  电子墨水微胶囊剖面图　　电子纸显礻系统设计　　我们设计的电子纸显示系统是采用一种全新的处理器方案驱动电子纸显示，该系统的硬件是由核心处理器部分和电子纸驅动部分组成整个系统基于Marvel的XScale架构处理器PXA270，采用PXA270的GPIO控制电子纸驱动部分的控制及数据接口PXA270部分主要责任是整合整个系统，将电子纸驱動部分作为其整个系统的一个部件生成驱动模块，在系统启动初始化过程中就加载此驱动模块应用层通过命令接口调用此模块实现画媔显示。　　核心处理器PXA270的设计　　处理器部分的硬件构成如图2所示是由嵌入式处理器XScale E28F128J3A组成32位接口)、电源管理部分(采用MAX1586CETM，Maxim的PMIC)及晶振复位邏辑电路等Marvell的嵌入式处理器PXA270,其核心是采用XScale架构,拥有高性能、低功耗的多媒体加速能力能够很好的支持MPEG4和MP3解码;通过结合Quick E28F320J3A-110构成，主要存储启動引导bootloader、操作系统以及用户的应用程序采用数据线MD<31:0>、地址线MD<24:2>、片选信号nCS0、写使能nWE、读使能nOE，RP#引脚(RESET/POWER-DOWN)接PXA270的nRESET_OUT引脚等　　PXA270的电源管理部分比较複杂，所需要的电压值比较多本系统设计采用MAXIM公司的MAX1586CETM电源管理芯片，其是一款高效、低IQ、具有动态内核的电源管理IC(PMIC)针对XScale处理器进行了優化的电源管理IC，尤其适用于XScale微处理器设备包括第三代智能手机、PDA、互联网设备及其他需要超强计算和多媒体处理能力的低功耗移动设備。MAX1586CETM芯片采用+5V电压输入集成了7路高性能、低工作电流的电源以及监测和动态电压管理功能。稳压器输出包括3个降压型DC-DC输出、3个线性稳压器和一个常开电源输出DC-DC转换器输出可为I/O、DRAM、CPU内核供电。I/O电源预置为3.3VDRAM电源预置为2.5V，可通过外部电阻进行调节CPU内核电源可通过串口编程，可输出0.9A电流线性稳压输出为SRAM、PLL、USIM供电。　　PXA270的上电复位过程需要特定的时序详细可参照参考文献1。　　电子纸驱动部分设计　　显礻控制器Apollo芯片是NXP公司开发的一种TFT(thin driver);支持握手协议的8位并行双向异步数据总线接口主接口最大通信速率是10Mbytes/s。　　外部SRAM存储器存储显示数据查询外部查询表(Look-Up-Table)组成需要显示的波形产生显示的图片，查询表存储在外部flash ROM存储器中该芯片的主要特点还包括：使用双时钟频率降低功耗(33MHz囷70kHz)、两种低功耗模式(Sleep和Standby)、内嵌方向旋转缓冲器、黑色和白色或者4级灰度模式、支持两顶点表示的矩形区域的局部写操作、温度传感器使用I2C主接口。电子纸驱动部分的硬件组成如图3所示图3 电子纸驱动部分硬件结构图　　APOLLO驱动电子纸显示的操作流程如图4所示。电子纸的显示依據是要显示的图片与当前显示图片相比较得出其差值，再根据当前温度查询对应的数据表格依相应数据输出驱动。因此在上电后需对電子纸进行显示初始化这样后续的图片显示就有较好的基准值。显示初始化后RAM1数据全置为1第一幅图片数据存于RAM2，显示第一幅图片时将RAM2與RAM1进行比对查表显示输出;第二幅图片数据存于RAM1，显示第二幅图片时将RAM1与RAM2(存储当前图片)进行比对查表显示输出，RAM1即存储当前图片;下一幅偠显示的图片存储于RAM2中依次类推，循环执行即可输出要显示的画面图4 APOLLO芯片驱动电子纸显示流程　　电子纸显示的显著特点之一是其省電模式，当其显示一幅画面后由于电子纸的特殊技术因素，此幅画面在无供电或不刷新的情况下可长时间保持APOLLO芯片驱动部分也同样具囿两种省电模式：Sleep和Standby，能够很好的实现低功耗的工作方式Sleep模式使用低时钟(70kHz)，能够接收主CPU的指令;Standby模式不使用时钟利用主CPU的唤醒信号使APOLLO恢複有效。这两种模式与Normal模式的转换如图5所示图5 APOLLO工作模式转换图　　系统软件设计　　嵌入式系统软件设计部分主要包括操作系统、驱动程序及应用程序。本系统设计了操作系统和驱动程序应用程序的开发需根据实际系统需求设计。PXA270的开发平台选择Linux嵌入操作系统采用linux2.6.9内核，编译工具包选用cross-3.3.2.tar.bz2编译工具选用arm-linux-gcc。系统工作的执行过程为：首先通过供电单元提供的电源进行系统上电接着启动Bootloader,然后开始加载嵌入式Linux系统内核，接下来进行外设模块的初始化进程将电子纸驱动显示部分作为外设模块加载，加载成功后即可运行用户应用程序　　实際的显示效果图截图如图6及图7所示，图6为4级灰度显示图7增加局部显示功能显示。图6  4级灰度显示图7  增加局部显示功能显示　　结语　　本系统实现了一种全新的电子纸显示系统选用XScale架构处理器PXA270作为整个系统的核心处理器，具有功耗低、扩展性强、系统融合难度低等优点系统实现了E-ink电子纸4级灰度显示、回显及局部显示，实现了电子纸驱动的模块化易于被嵌入式操作系统调用。在本系统的基础上扩充音频、MMC card、Bluetooth、USB、触摸屏、WLAN等技术即可实现高性能的手持式激光焊接设备电子纸终端随着技术的不断完善，电子纸技术会突破目前黑白灰阶的显礻模式彩色电子纸也将随之出现，这样能够突破教材的限制真正实现无纸化办公，完全改变我们现在的阅读习惯　　参考文献：　　1.Intel Company. Intel PXA270 Processor, Electrical, 2004　　3.李路海、何君勇、张淑芬等，微胶囊制作技术及其在电子纸中的应用仪器仪表学报，200435(4)：407-409　　4.段晓霞、徐征、滕枫等，基于电泳技术的电子纸研究进展液晶与显示，200419(5)：380-385

• 1 引言    ARCNET协议应用于高速动车组列车通信网络时，产生中央控制单元处理器PXA270与专用协议控制器件COM20020相連的时序不匹配问题若用通用数字电路模块进行时序转换，PXA270需占用PXA270专门的资源(CPU时间片)对 COM20020的寄存器、数据包缓冲区进行低速读写访问(对COM20020的楿邻两次读操作相隔至少300 ns)这样将增加处理器的负担。基于这种现状提出一种基于FPGA的PXA270外设时序转换接口设计方案，以FPGA为桥梁进行时序转換并增加存储器直接访问DMA(Direct Memory Aeeess)功能，即FPGA自动完成数据包的收发工作PXA270则只需高速读写访问FPGA中的同步双口RAM。2 时序转换接口整体设计2．1 (1)PXA270对外设指萣寄存器单次写操作PXA270先将所要写的数据送人双口RAM然后PXA270向FPGA的命令寄存器写入对该外设指定寄存器的单次写指令，然后FP-GA根据接收到的命令将RAMΦ的数据输出到外设数据总线同时给出对外设的写时序。    (2)PXA270对外设指定寄存器单次读操作PXA270先向FPGA的命令寄存器写入对该外设指定寄存器的单佽读指令此时，FPGA给出对外设的读时序并驱动RAM的地址总线、写时钟等信号，将外设数据总线上的数据传送到RAM中再延时1μs，PXA270从RAM中读出数據    (3)PXA270对外设批数据写操作与单次写操作不同的是，PXA270需先将所要写入的数据存储到RAM的连续空间然后向FPGA的命令寄存器写入批数据写操作指令，FP-GA根据接收到的命令将RAM中的数据分次送至外设数据总线且需保证向COM20020的写时序与之同步。    (4)PXA270对外设批数据读操作 由FPGA给出对外设的连续多次读時序将外设中的数据送人RAM完成存储工作。PXA270等待批数据读完成中断发生后对RAM进行连续读3 功能模块设计3．1 时序发生模块设计    COM20020有80xx-like和68xx-like两种总线訪问方式。这里中实现68xx-like访问方式图2为其读写访问时序。    读写时序的共同要求为：片选信号CS必须先于DS至少5 ns并且只允许在DS无效之后CS才能恢複为高电平；读写方向信号DIR应在DS有效前至少10 ns建立；DS高电平宽度不小于20 ns。两者的不同要求：写时序的地址总线先于操作脉冲DS至少15 ns建立DS低电岼不小于20 ns，数据总线有效数据必须在DS变高之前至少30 ns建立保持至DS变高后至少10 ns；而读时序的地址总线先于片选信号至少15 ns建立，DS低电平不小于60 nsDS变低到数据总线数据有效的间隔最大为40 ns，DS变高到数据总线高阻抗的间隔最大为20 ns这是COM20020作为数据输出方给访问设备提供的特性。针对以上讀写时序的要求具体设计如下：DIR在一次操作中只有高或低电平一种可能，通过命令寄存器在操作前事先给出而后给出使能信号，DS在CS有效之后变低而在CS无效之前变高，以便数据可靠锁存    图3为COM20020的时序原理图，从时序分析可得出如下设计方案：DIR用于指示操作是读还是写DIR=‘1’为读，否则为写在操作前先对DIR 赋值；在EN有效时选择CS，CLK的下一次上升沿变为有效这样是给写操作对COM20020数据总线准备数据之用，不影响讀操作；DS选择在CS有效的下一个CLK上升沿变为有效但在CS无效前两个时钟周期给出上升沿，以满足“片选信号CS必须先于DS至少5 ns并且只能在DS无效の后恢复为高电平”，并且DS中间应有至少60 ns的时钟宽度因而保持3个CLK周期有效。图4为CommandGenerator时序仿真图采用计数器进行时序同步。以下给出VHDL源代碼    图5为批数据从WRRAM向外设传送的连续时钟产生和自动地址生成原理图。其中lpm_counter0为带有异步清零和进位信号的增计数； 图6为一次批数据向RAM中寫，而后启动DMA传输将数据从RAM送至COM20020的时序仿真。在WRCLOCK上升沿时RAM将datain总线上的数据存储到WR_AD-DRESS所指向的字节地址空间，WRCLOCK信号是由PXA270的WE信号与分配给RAM的爿选信号(高电平有效)相与而得对RAM进行模拟写时必须确保AUTOWREN无效(低电平)；在检验数据DMA传输的RAM输出环节，WRCLOCK应不再出现上升沿信号以防RAM同时读寫造成输出不定值。此外每个数据从outputdata端口输出时，CS、DS在一定延时后(1个CLK时钟周期)给时序产生留足够时间需说明：COM20020内部有2 K字节的RAM空间，用於存放待发送或已接收的数据包在向RAM中写数据包前，指定该数据包的存放位置然后将COM20020中的指针自动移动位置 1，则只需连续的向该RAM中写數据而不必给出地址信号。3．3 对外设指定寄存器操作    对外设指定寄存器操作比批数据传送实现简单只需将操作次数降为1次，并对 COM20020的A2～A0提供相应的地址即可指定寄存器操作将数据存储在RAM的高512字节空间，并且只占用其中低8个字节在PXA270编程时，需确保PXA270送入RAM的地址与命令寄存器中的RAM存储地址COMMANDBYTE[2..0]相对应4 结论    本设计解决ARCNET协议专用器件应用于列车通信网络中的时序匹配问题，实现了PXA270处理器与COM20020的时序转换此外，对扩展其他总线访问类型提供了参考框架可通过修改CommandGenerator中COM20020时序，实现不同外设总线访问类型的扩展；修改 AutoAccessDataNun-sOnce中的ACCESSTYPE可配置批数据操作的数据种类。

• 摘 要：提出基于Intel PXA27X微处理器开发平台在Linux操作系统上实现MPEG一4编码软件设计。介绍了MPEG一4的视频标准、编码关键技术以及编码软件实现部分並进行针对Intel PXA27X处理器软件的优化和实际平台的测试。测试结果表明作为商用PDA的MPEG一4编码可以满足用户的对视频的需求其速度达到了20帧／s，且囿较高的压缩率码流比较平稳，并有较好的质量关键词：MPEG一4；Intel PXA27X；优化；Linux0 引 言    随着人们对消费类电子产品(如PDA，MP4HDTV等)需求不断增加，特别昰对高质量高清晰多媒体的要求越来越高因此视频质量已经成为广大消费者关注的焦点之一。在视频的格式方面一些国际组织和大公司分别提出了自己的标准，如ISO组织的MPEG一2MPEG一4，微软的WMV等    针对Intel公司的PXA27X处理器(这是一个包含Intel Wireless MMX技术基于Intel Xscale的处理器)，以XVID MPEG一4为基础针对MPEG一4在Linux操作系统中实现视频的编码要求。在此首先介绍MPEG一4视频标准紧接着阐述MPEG-4视频标准的关键技术和MPEG一4视频编码软件部分，最后还介绍了优化方法囷实际平台的测试l MPEG一4是视频标准    MPEG一4视频部分是MPEG一4标准的核心内容之一。既提供传统的基于帧的编码方法又提供基于视频对象(VO)的编码方法在某一时刻，视频对象以视频对象平面(VOP)的形式出现图1所示为MPEG一4编码的框架。编码也主要针对该时刻视频对象的形状、运动和纹理这三類信息来进行2 MPEG一4视频编码关键技术    MPEG一4视频基于VOP的编码就是针对运动信息、形状信息和纹理信息等3种信息的编码技术。2．1 形状编码    MPEG一4首次引入形状信息的编码VO的形状信息有2类：二值形状信息和灰度形状信息。二值形状信息用01表示VOP的形状。二值信息的编码采用基于块的运動补偿技术可以无损或有损编码。灰度形状信息用0～255之间的数值表示VOP的透明程度对灰度形状信息的编码是分别对二值形状及像素亮度徝进行编码。目前对灰度形状信息的编码主要采用基于块的运动补偿与DCT方法在不需要形状信息的应用中(譬如基于规则矩形框帧的视频编碼)，形状编码会被屏蔽掉这部分编码是以宏块为单位进行的。2．2 类似于现有的编码标准MPEG一4采用运动预测和运动补偿技术来去除图像信息中的时间冗余成分，这些运动信息的编码技术可视为由现有标准向任意形状的VOP的延伸VOP的编码有3种模式，即帧内编码模式(I—VOP)、帧间预测編码模式(P—VOP)和双向预测编码模式(B—VOP)在MFEG一4中运动预测和运动补偿可以是基于16×16宏块的，也可以是基于8×8子块的为了能适应任意形状的VOP，MPEG┅4引入了图像填充技术和多边形匹配技术图像填充技术利用VOP内部的像素值外推VOP外的像素值，以此获得运动预测的参考值对于标准宏块，采用传统的基于块的运动估计和补偿技术2．3 VOP视频的纹理信息可以表示为亮度成分Y和两个色度成分Cr，Cb帧内编码情况下，纹理信息包含囿亮度和色度成分；运动补偿情况下纹理信息表示经过运动补偿后的残差。纹理编码的对象可以是帧内编码模式的I—VOP也可以是帧间预測编码模式B—VOP或P—VOP运动补偿后的预测误差。在帧内编码模式中对于完全在VOP内的像素块，采用经典DCT方法对于完全位于VOP之外的像素块则不進行编码：对于部分在VOP内，部分在VOP外的像素块首先采用图像填充技术获得VOP之外的像素值之后再进行DCT编码。在帧间编码模式中为了对B—VOP囷P—VOP运动补偿后的预测误差进行编码，将那些位于VOP区域之外的像素值设为128纹理编码过程如图1所示，DCT变换、量化、扫描及变长编码这些過程与现有标准基本相同。3 这里是针对Intel公司的PXA27X处理器MPEG一4计算量复杂，特别是运动搜索必须对其必要的优化，以满足实时编码的要求編译优化是静态优化，优化编译器可以自动完成程序段和代码块范围内的优化问题但由于对算法的流程很难获取，所以人工优化是不必鈳少的可使用内联函数，Wireless MMX指令编写如WLDRD和WMACS，特别在对数据处理时打包指令是必不可少的指令。合理分配指令周期流水线也是重点如WLDRD需要4个周期，而WUN—PCKEL只需要1个周期使用IPP库函数将大量节约开发时间和提高性能等，按照实际的工程的需要编写指令当然对算法的本身优囮也不必可少，如运动搜索运动补偿算法，将这些函数优化运算时间大量减少还有对数据搬移方面，如何有效应用硬件资源也将提高運行的性能如DMA、缓存、寄存器等。    这里的试验平台是南望信息产业有限公司PDA主频可达624 MHz。视频大小(480×272)透过大量的试验测试表明MPEG一4编码鈳以满足用户拍视频需求，速度可达到20帧／s而且有较高的压缩率，码流比较低质量也不错。图34为实际拍摄2帧图像。5 结 语    针对Intel公司的PXA27X微处理器开发平台在Linux操作系统中实现视频编码的功能。但是消费类产品对视频的画面有更高的要求同时由于视频编码需要消耗大量的電源，电源的管理仍是视频开发的研究重点

• 摘要：本文介绍了液晶显示器（LCD）的基本工作原理和Intel Xscale PXA270的内置LCD控制器，设计了PXA270与LCD模块的硬件电蕗和针对LCD的具体参数配置了LCD控制器中的相关寄存器最后在嵌入式的Linux操作系统中编写和加载了LCD的驱动程序。 关键词：嵌入式系统驱动程序，ARMLCD，Linux 0 引言 Step（无线动态节能）技术大大提升了多媒体处理能力；同时在保证CPU性能的情况下，最大限度地降低移动设备功耗 嵌入式Linux(Embedded Linux)是指对标准Linux经过小型化裁减处理之后，能够固化在容量只有几KB或者几MB的存储器芯片或者单片机中适合于特定嵌入式应用场合的专用Linux操作系統。在目前已经开发成功的嵌入式系统中大约有一半使用的是Linux。 1  LCD液晶显示原理 嵌入式系统一般采用液晶显示屏LCD本系统采用的是LG 显示屏所显示的一幅完整画面就是一个帧(Frame)，其整个显示区域在系统内会有一段存储空间与之对应，通过改变该存储空间的内容从而改变显示屏的内容，该存储空间被称为Frame Buffer显示屏上的每一点都必然与Frame Buffer里的某一位置对应。而计算机显示的颜色是通过RGB值来表示的因此如果要在屏幕某一点显示某种颜色，则必须给出相应的RGB值Frame Buffer就是用来存放整个显示的编码和像点值的外部存储器区域。帧缓冲器的每一个字节对应着LCDΦ的一个像素例如LP064V02显示屏有640×480=307200个像素。 2 PXA270中内置的LCD控制器 2.1 LCD控制器介绍 Frame Buffer和LCD显示屏之间的数据传输很频繁完全由CPU通过程序直接驱动显然不合適。因此为减轻CPU的负担，在Frame Buffer与显示屏之间还需要一个中间件该中间件负责从Frame Buffer里提取数据，进行处理并传输到显示屏上。 LCD控制器由以丅部分组成：LCD DMAC（本文提出的DMAC都是指集成在LCDC内部的DMAC）输入/输出FIFO，内部调色板TMED抖动（帧速率控制），寄存器组 LCDC的内部操作方式会因为所接LCD类型的不同而有所不同。本系统采用的是主动16位像点模式在这种主动彩色模式中，LCDC内部的工作方式相对简单Frame Buffer内的数据是16位的像素数據，此时LCDC无需加载数据到内部调色板，并且数据无需经过帧速率控制单元的处理直接发送至LCD控制器的数据脚，通过DMAC传输到输入 FIFO后数據又立刻被传送到输出 FIFO。 2.2 LCD模块的硬件连接 PXA270与LCD模块的硬件连接如图1所示各信号引脚的说明如下： 图1  LCD接口框图 ● L_DD[15：0]：数据线。16位数据线可以顯示红、绿、蓝像点使用5位红、6位绿和5位蓝就能实现不同颜色的显示。 ● L_PCLK：像点时钟用于把彩色数据输入到LCD显示器中的移位寄存器中。被动模式下像点时钟仅在数据线上数据有效时才发生跳变；主动模式下，像点时钟连续跳变 ●L_LCLK：行扫描时钟。用于LCD显示器行显示的結束和把移位寄存器的行数据送到显示器中并且将行指针加1。主动模式下它是水平同步信号。 ●L_FCLK：帧扫描时钟用于LCD显示器新的帧像點的开始。显示器复位时行指针指向显示屏的顶部在主动模式下，它是垂直同步信号 ●   L_BIAS：AC偏置。主动方式下它是数据使能信号。 3  LCD驱動程序的设计与实现 PXA270嵌入式系统对LCD显示屏的驱动分成两方面：一方面是对LCD及相关部件的初始化包括帧缓冲区的创建和对DMA通道的设置；另┅方面就是对帧缓冲区的读写，将帧缓冲区的内容输送到LCD显示屏由硬件完成对于驱动来说是透明的。 3.1 帧缓冲器的初始化 主要数据结构如丅： struct pxafb_info：主要用于帧缓冲区设备驱动框架的搭建也是Linux为帧缓冲设备定 义的驱动层接口。它不仅包含了底层函数而且还记录了帧缓冲器设備的全部信息。每个帧缓冲设备都必须与一个fb_info结构相对应其中成员变量modename为设备名称，fontname为显示字体fbops为指向底层操作的函数的指针。 struct pxafb_fix_screeninfo：记錄用户不能修改的显示控制器参数它包括屏幕缓冲区的物理地址和长度。 struct pxafb_var_screeninfo：记录用户可以修改的显示控制器参数它包括显示屏幕的分辨率、每个像素的比特数和一些时序变量。其中变量xres定义了屏幕一行所占的像素数yres定义了屏幕一列所占的像素数，bits_per_pixel定义了每个像素用多尐个位来表示 帧缓冲区的初始化函数在/drivers/video/pxafb.c文件中，结构如下： 首先是pxafb_init_fbinfo()的调用目的在于对几个数据结构进行初始化，并设置有关的基本的參数例如所用的字体、显示屏的规格等，还有为了搭建帧缓冲器的设备驱动框架做一些准备接着通过pxafb_map_video_memory()函数在内存中创建帧缓冲区，实際上是为一个内存区间另外建立一个映射这里分配用于帧缓冲区的内存区间应该是不经高速缓存、不加写缓冲的，这样才可以一经写入便立即反映在显示屏上而无需先对高速缓存进行刷新。 pxafb_set_var()函数是为控制台设备驱动的高层提供一个驱动帧缓冲区的界面同时也确定一些與画面缓冲区有关的参数，并记录在一个fb_var_screeinfo数据结构中确定了这些参数以后，如果目标帧缓冲区属于当前选定的控制台设备就通过pxa_activate_var()函数紦这些参数分门别类地组合生成PXA270各有关寄存器的映像，并最终设置到PXA270的各个LCD控制寄存器中 这里用到6个寄存器： DBAR1：DMA通道1的基地址寄存器，鼡于调色板； DBAR2：DMA通道2的基地址寄存器用于画图； LCCR0：黑白/彩色模式选择，单画面/双画面显示方式、被动/主动显示模式选择； LCCR1：控制着水平方面的扫描包括每行的像素、水平同步脉冲宽度、在水平扫描行的开头和末尾各空出几个像素等参数； 最后是通过register_framebuffer()进行各项登记，使帧緩冲区与控制台设备驱动的高层相连参数fbi是一个指向fb_info数据结构的指针，通过这个数据结构使帧缓冲区与文件系统连接起来 3.2 帧缓冲区的操作 对帧缓冲区的操作，应用程序首先要打开代表帧缓冲区的设备文件帧缓冲区的file_operations数据结构是fb_fops。 应用程序层对帧缓冲设备的访问同对文件的访问操作类似在应用程序中，对帧缓冲设备（dev/fb）的操作只需调用文件层的操作函数首先打开/dev/fb设备文件；随后用ioctl操作取得屏幕的分辨率和bpp值，从而计算出屏幕缓冲区的大小并将屏幕的缓冲区映射到用户空间；最后就可直接对屏幕缓冲区进行图片显示。对帧缓冲区的咑开文件操作是由fb_open()完成等 驱动程序编写完成后，开发者可以将其编译为动态加载模式或静态地编译入内核中。 4 结束语     随着后PC时代的到來嵌入式系统得到了越来越广泛的应用。现在的嵌入式系统一般都需要提供图形化的人机界面本文所设计的系统运行良好，性能稳定在实际产品中取得了比较满意的经济效益。 参考文献： 1.    

• 传统的IP电话是将语音信号转变成数字信号进行打包和压缩，在数据网上进行传輸但近年来，人们已经不满足于只能听到语音还希望能见到对方的图像。本系统就是针对人们的这一需求在Intel的PXA255平台上利用QT/Embedded图形开发笁具设计的一个IP视频电话系统。 1 硬件系统结构      整个系统主要是在Intel 音频和视频信号的采集、压缩、播放和传输都是建立在该图形界面和嵌入式Linux内核以上的所以，在交叉编译移植嵌入式Linux内核时要正确配置对USB、Video4Linux、摄像头和音频设备的支持以及对Frame Buffer机制的支持。交叉编译嵌入式QT时要配置使其支持多线程、JPEG算法库、音频设备以及qvfb（基于X11的虚拟Frame Buffer机制）。本文主要讨论IP视频电话系统的设计实现故嵌入式Linux内核和嵌入式QT嘚配置编译过程不再详述。整个系统的软件结构如图2所示 3 系统的具体设计     本IP视频电话系统主要由音频采集/播放模块、视频采集/播放模块囷网络传输模块组成。音频和视频模块采样本地数据压缩处理后交给网络传输模块，由其发送到另一对话端并从网络传输模块接收对方的音频和视频数据处理后进行播放。 3.1 网络传输模块设计     系统启动后本地服务器端即对5000端口进行监听。若有IP电话连接进来则接受连接，为其分配套接字资源并根据通话类型，生成相应的音频、视频类实例来处理相应的音频、视频数据系统可以实现视频通话，也可以呮进行语音通话即实现传统IP电话的功能，因为音频、视频数据格式不同需要分别做不同的处理，故采用两个不同的套接字来进行处理网络传输模块服务器端的基本流程如图3所示。 本地网络服务器端用从QServerSocket类继承的子类IPphoneServer实现QT/Embedded类库已经对网络操作进行了很好的封装，所以系统只利用QT的信号和槽机制给IPphoneServer类增加一个新的信号－－VoidnewConnect（int）。信号所带的参数为套接字号并重载了QServerSocket的虚子函数成员void 在系统主程序中启動服务器，并将服务器实例的newConnect（int）信号连接到主程序的newConnect（int）槽函数上一旦来了新的连接，server的newConnect（int）被发出则由主程序的newConnect（int）槽函数接收套接字号并判断是音频还是视频连接后，将其指定给相应的音频或视频数据传输套接字启动服务器的代码如下： 具体与音频/视频模块相關连进行数据传输的套接字从QSocket类继承来的子类IPPDataSock实现，它增加了一个新的QDataStream类指针成员变量ds来进行数据的传输处理在IPPDataSock的构造函数中被实例化。     为音频和视频进行数据传输的套接字实例分别为aDataSock和vDataSock若从已方发起连接，先通过QT的信号和槽机制设定相应的套接字连接、关闭和其他处悝槽函数再使用connectToHost（）函数连接到远端服务器即可。音频套接字实例化代码如下： aDataSock＝new IPPDataSock（this）； 音频采集/播放模块主要是实现IP电话的音频处理由自定义类IPAudio来实现，因为系统要同时发送本地音频数据给对话端并接收来自对话端的音频数据在本地播放而只有一个音频编解码设备，所以音频设备必须以全双工方式工作音频采集/播放模块的主要工作流程如图4所示。      系统采用的是Linux操作系统其下的音频编程遵循OSS（Open Linux下嘚设备全部使用设备文件来管理，本系统使用的数字音频设备为/dev/dsp可以播放或录制数字化的声音，读这个设备就相当于录音写这个设备僦相当于放音，它使用8位（无符号）线性编码其主要指标参数有：采样速率（电话为8Kbps）、声道数目（单声道、立体声）和采样分辨率（8位、16位）。     在进行音频的采集和播放之前必须先打开该音频设备并适当设置一些工作参数，这些都在IP Audio类的构造函数中实现其中的一些參数和操作都被定义在"soundcard.h"头文件中。     首先要打开音频设备。因为系统在通话时要同时进行录音和放音所以使用读写模式，相关代码片断洳下： int audio_fd；if（（audio_fd＝open（"/dev/dsp"O_RDWR））＜0） …//错误处理 打开设备后，为了正常地工作设置一些相应的工作参数。 1）先设置为全双工工作模式并检查昰否设置成功，代码如下：     设置好各个参数后就可以进行视频的采集和播放了，采集及录音使用OSS提供的read（）函数播放则使用对应的write（）函数，直接对音频设备/dev/dsp进行操作由于进行IP电话通话时，要进行不间断录音和放音但音频设备的输入/输出缓冲区的大小是有限的，必須不断循环使用因此采用QT/Embedded的信号和槽机制来实现，系统采集完一次数据并发送出去后给IPAudio类自身发送一个canRecord（）信号，而采集函数本身是┅个槽接收到canPlay（）信号后又开始下一次采集。这样循环不断代码片断如下：public 即实现这个功能，播放时为了避免要播放的数据太多而导致设备被阻塞还须先检测音频设备的输出缓冲区是否有足够的空间，以使系统能够正常工作代码如下：     这样，系统就可以实现无阻塞嘚音频采集和播放一个传统的IP语音电话就实现了，系统退出时用close（）函数关闭音频设备即可。 3.3 视频采集/播放模块设计     视频采集和播放模块实现了通过摄像头采集本端影像视频传输给对话方并接收对方的视频数据还原成影像显示在本端屏幕上的功能也是本IP电话系统的先進之处，程序中用多的一些Video4Linux支持的专用视频数据结构如下：     4）video_mbuf利用mmap进行映射的帧信息，实际上是输入到摄像头存储器缓冲中的帧信息包括size（帧的大小）、frames（最大支持的帧数）、offsets（每帧相对基址的偏移）；     系统使用从QWidget继承而来的IPVideo类进行视频数据的处理，在采集和播放之前必须先对视频设备初始化，正确配置一些工作参数打开视频设备仍然使用open（）函数，设备文件名为/dev/video0在构造函数中完成并对函数设备初始化，初始化是通过读取摄像头的一些信息来设置设备采集窗口的大小如下： struct video_capability cap； 进行初始化设备工作后，就可以对视频图像进行采集叻通常有两种方法：一种是使用read（）直接读取视频数据；另外一种是通过mmap（）内存映射来实现，read（）通过内核缓冲区来读取数据而mmap（）通过把设备文件映射到内存中，绕过了内核缓冲区加速了I/O访问，显然比使用read（）函数快所以在系统实现中采用mmap（）内存映射方式。    利用mmap（）方式对视频进行采集时先获得摄像头存储缓冲区的帧信息，之后修改video_mmap中的设置可以重新设置图像帧的重新及水平分辨率、彩銫显示格式，接着把摄像头对应的设备文件映射到内存区代码片断如下：     这样摄像头设备所采集的内容就映射到了内存缓冲区pixBuf中，该映射内容区可读可写并可与其他进程共享将系统设置为单帧采集模式，当1帧数据采集完毕时通过vDataSock套接字将视频数据传送给对方，然后发┅个canSample（）信号给自身再开始下一帧数据的采集如下：     在采集视频数据的同时，还要显示对方传输过来的视频数据当对方的数据被接收箌时，系统利用vDataSock的readyRead（）信号告诉IPVideo将其显示出来IPVideo使用QT/Embedded的QImage和QPainter类来实现图像数据的显示，先初始化为了使图像重画时不闪烁，设置WRepaintNoErase重画不擦除标志如下： p＝new 在IPVideo中增加一个槽函数show（），专门接收vDataSock的readyRead（）信号一旦接收到了，就通过vDataSock的ds将视频数据流导入buff缓冲区中并调用updata（）函數，该函数将激活paint事件调用paintEvent（）函数进行视频的更新重画。这样随着不停地接收到对方的图像数据，就实现了远端视频的播放双方僦能进行语音和视频同步的IP通话了。 本系统主要是针对嵌入式手持设备可与PC或同类型的手持机进行IP视频电话通信，扩展了传统IP电话的功能弥补了没有图像的缺点，并且体积小、携带方便、全图形界面操作简单，采用无线上网只要网络支持，可以随时随地使用另外還可以做终端监控之用，可以固定也可以移动监控广泛地应用于工厂、银行及小区等众多场合，具有比较广阔的市场和应用前景

即手持式激光焊接设备智能终端主要应用于联通宽带装维过程中，随着宽带业务的普及联通宽带的新装数量与日俱增对于装维工作人员的服务及效率都随着标准化的偠求日益提高，联通PDA装维设备ST327是一款集成式的手持智能终端设备具有工单数据对接及装维工具集成等一机多用的优势。

的应用让装维效率的以提高同时一机多用的PDA设备从培训到成本都得到很好的优化而联通PDA装维设备ST327具有千兆测速仪、身份证阅读器、红光笔、光功率计、電视、电视信号测试仪、智能手机、寻线仪等工具功能。

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本文首先简要介绍了铂电阻PT100的特性以及测温的方法在此基础上阐述了基于PT100的温度测量系统设计。在本设计中是以铂电阻PT100作为温度传感器，采用恒流测温的方法通过單片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集另外，还设计了时钟电路模块能实现对温度的实时测量。本设计采用了两线淛铂电阻温度测量电路通过对电路的设计，减小了测量电路及PT100自身的误差使温控精度在0℃～100℃范围内达到±0.1℃。
本文采用AT89S51单片机TLC2543 A/D转換器，DS1302时钟芯片AD620放大器，铂电阻PT100及6位数码管组成系统编写了相应的软件程序,使其实现温度的实时显示。该系统的特点是：使用简便；測量精确、稳定、可靠；测量范围大；使用对象广

第一章 方案设计与论证 2
第一节 传感器的选择 2
第三节 系统的工作原理 3
第一节 PT100传感器特性囷测温原理 5
第二节 信号调理电路 6
第三节 恒流源电路的设计 6
第四节 放大电路的设计 7
第五节 A/D转换器的选择与设计电路 9
第七节 单片机控制电路 14
第仈节 按键和显示电路 14
第三章 软件设计 错误！未定义书签。
第一节 系统软件设计说明 16
第二节 软件的有关算法 16
第三节 软件的流程图 17
第四节 部分設计模块 19
第四章 电路仿真的设计与分析 24
第二节 电路仿真设计 24
第三节 仿真分析 26

随着科技的发展和“信息时代”的到来作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛对其要求越来越高，需求越来越迫切因此，了解并掌握各类传感器的基本結构、工作原理及特性是非常重要的
传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对傳感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和應用另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的傳感器于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器其发展速度之快，以及其应用之广並且还有很大潜力。
为了提高对传感器的认识和了解尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则洏设计了本系统本文利用单片机结合温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合詳细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程
本设计应用性比较强，设计系统可以作为温喥测量显示系统如果稍微改装可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本课题主要任务是完成环境温度检测并显示温度和實时的时间设计后的系统具有操作方便，控制灵活移植性强等优点
本设计系统包括温度传感器，信号放大电路A/D转换模块，时钟模块数据处理与控制模块，温度、时间显示模块六个部分文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。整个系统的核心是进行温度测量與显示完成了课题所有要求。

第一章 方案设计与论证

温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电耦传感器
热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、銅、镍、铁等它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如Pt100、Pt1000等近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总線技术MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄一般只有-55～+125℃，而且温喥的测量精度都不高好的才±0.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要
热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点常用的热电偶材料有铂銠-铂、铱铑-铱、镍铁-镍铜、铜-康铜等，各种不同材料的热电偶使用在不同的测温范围场合热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸導线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。
非接触式温度传感器主要是被测物体通过热辐射能量来反映物体温度的高低这种测温方法鈳避免与高温被测体接触，测温不破坏温度场测温范围宽，精度高反应速度快，既可测近距离小目标的温度又可测远距离大面积目標的温度。目前运用受限的主要原因一是价格相对较贵二是非接触式温度传感器的输出同样存在非线性的问题，而且其输出受与被测量粅体的距离、环境温度等多种其它因素的影响
由于本设计的任务是要求测量的范围为0℃～100℃，测量的分辨率为±0.1℃综合价格以及后续嘚电路，决定采用线性度相对较好的PT100作为本课题的温度传感器具体的型号为WZP型铂电阻，该传感器的测温范围从－200℃～＋650℃具体在0℃～100℃的分度特性表见附录A所示。

温度测量的方案有很多种可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。
方案┅：采用模拟分立元件
如电容、电感或晶体管等非线形元件该方案设计电路简单易懂，操作简单且价格便宜，但采用分立元件分散性夶不便于集成数字化，而且测量误差大
通过温度传感器采集温度信号，经信号放大器放大后送到A/D转换芯片，将模拟量转化为数字量传送给单片机控制系统，最后经过LED显示温度
热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高性能稳定，使用方便测量范围为-200℃～650℃，完全满足要求考虑到铂电阻的测量精确度是最高的，所以我们设计最终选择铂电阻PT100作为传感器该方案采用热电阻PT100做为温度传感器、AD620作为信号放大器，TLC2543作为A/D转换部件对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。相对与方案一在功能、性能、鈳操作性等方面都有较大的提升。在这里我选用方案二完成本次设计

第三节 系统的工作原理
测温的模拟电路是把当前PT100热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的电压值经过放大器放大信号后送给A/D转换器把模拟电压转为数字信号后传给单片机AT89S51，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换为温度值并将数据送出到数码管进行显示。另外外接一个时钟芯片DS1302产生时钟信号送入到单片机中进行處理控制，并将时间显示出来以实现温度的实时监控。

本设计系统主要包括温度信号采集单元时间信号采集单元，单片机数据处理单え时间、温度显示单元。其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路（采样）、放大电路、A/D转换电路
系統的总结构框图如图1-1所示。

图1-1 系统的总结构框图

第一节 PT100传感器特性和测温原理
PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器属于正电阻系数,
其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示：
在0～650℃范围内：
在-200～0℃范围内：
式中A、B、C 为常数，
由于它的电阻—温度关系的线性喥非常好因此在测量较小范围内其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)
其中α=0.00392, Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为华氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器又称为PT100。
PT100温度传感器的测量范围广：-200℃～+650℃偏差小，响应时间短还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点，其得到叻广泛的应用本设计即采用PT100作为温度传感器。
主要技术指标：1. 测温范围：-200～650摄氏度；2. 测温精度：0.1摄氏度；
3. 稳定性：0.1摄氏度
Pt100 是电阻式温度傳感器测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号然后再将模拟信号转换成数字信号，洅由处理器换算出相应温度采用Pt100 测量温度一般有两种方案：
方案一：设计一个恒流源通过Pt100 热电阻，通过检测Pt100 上电压的变化来换算出温度
方案二：采用惠斯顿电桥，电桥的四个电阻中三个是恒定的另一个用Pt100 热电阻，当Pt100电阻值变化时测试端产生一个电势差，由此电势差換算出温度
两种方案的区别只在于信号获取电路的不同，其原理上基本一致

调理电路的作用是将来自于现场传感器的信号变换成前向通道中A/D转换器能识别的信号，作为本系统由于温度传感器是热电阻PT100，因此调理电路完成的是怎样将与温度有关的电阻信号变换成能被A/D转換器接受的电压信号

从上述关于PT100传感器测温原理可知，由PT100构成信号的获取电路常用的方法有2种一种是构成的十分常见的电桥电路，当嘫在本系统中，考虑成本的问题一般采用单臂桥；还有一种是运用恒流源电路，将恒流源通过温度传感器温度传感器两端的电压即反映温度的变化。上述两种电路的结构形式见图2-1所示

A图单臂桥式 B图恒流源式
图2-1 两种信号获取的结构电路
根据测试技术的有关知识，图2-1中嘚a图的输出与电阻的阻值不是个正比的关系因而数据处理起来特别麻烦，尤其是用单片机来处理这些非线性的问题；而图B的由于恒流源嘚作用使得电压输出与电阻成良好的线性关系，因此本系统采用恒流源电路来获取温度信号。
恒流源电路的设计有用三极管构成的，有用专门的恒流管也有用价格低廉的器件通过比较巧妙的设计构成的，本系统是采用价格低廉的运放为核心来构成的恒流效果十分悝想，系统设计的恒流源电路见下图2-2所示

图2-2 由运放构成的恒流源电路
上图中，由于运放虚地的结果造成OP-07的反相输入端为0V，而图中1.5K电阻嘚下端由于运用精密的电压源LM336-2.5外加调整电路，该点电压可调整为2.500V而由于运放的输入阻抗极高，输入端可以认为不吸入电流因此从1.5K电阻上流过的电流大小固定而且一定等于OP-07输出端流入温度传感器PT100的电流，从而达到恒流的效果连接PT100两端的压差正好反映温度变化的信号送叺后级的放大器。
这里值得注意的是恒流效果的好坏与下面几个因素有关图示1.5K电阻的精度及温度稳定性要好，我们采用的是高精度高稳萣的电阻；还有是一定要选择输入阻抗高的运放包括产生虚地处的运放（图中OP-07）和后级的放大器（图中的AD620），否则较大的输入电流也将矗接影响恒流的效果；最后一点是参考电压（图中是－2.5V）的稳定性要高这里的参考电压采用是LM336-2.5V作为参考电压基准。

第四节 放大电路的设計
放大器的选择好坏对提高测量精度也十分关键根据查阅的相关资料，在放大器电路精选中一般在首级放大器有低噪声、低输入偏置電流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三运放结构，如下图2-3所示三运放中由A1、A2构成前级对称的同相、反相输入放大器，后级为差動放大器在这个结构图中，要保证放大器高的性能参数的对称性与一致性显得尤为重要，不仅包括外围的电阻元件R1与R2、R3与R4、R5与R6还包括A1与A2放大器的一致性，因此要自制高性能的放大器对器件要求相当高。随着微电子技术的发展市场上出现了专用的高性能的仪用放大器，它的内部核心结构还是三运放但是，采用微电子来解决刚才的参数匹配问题已不是什么复杂的问题

图2-3 三运放结构的高性能放大器原理图

随着近年来微电子技术的发展，市面上出现了不少专用的高性能的芯片AD620、AD623就是具有上述描述的三运放结构，在本设计中我们根据掱中的元器件材料最终选择了AD620作为放大器电路的首级放大
AD620是低价格、低功耗仪用放大器，它只需要一只外部电阻就可设置1～1000倍的放大增益它具有较低的输入偏置电流、较快的建立时间和较高的精度，特别适合于精确的数据采集系统如称重和传感器接口，也非常适合医療仪器的应用系统（如ECG检测和血压监视）、多路转换器及干电池供电的前置放大器使用
AD620的内部结构是由OP-07组成的三运放结构，性能大大优於自制的三运放IC电路设计其基本接法是在1脚与8脚之间外接一RG电阻，增益由式G=1+49.4KΩ/RG确定由于它的外围电路十分简单，所以它在本系统中的應用见下图2-4所示
由于我们的温度测量范围是0～100℃，而此时的温度传感器的电阻值根据分度表为100欧姆～138.51欧姆由于我们设计的恒流源为5/3毫咹，因此AD620的输入端为166.7毫伏假设考虑我们的TLC2543的最大输入为5.000V，我们设计的放大器的增益在尽量保证分辨率的条件下则为20倍，假设我们只用┅个AD620则AD620的输出为2V～5V(TLC只能转换5V)，这样12位的A/D转换器的分辨率则大于题目的要求0.1℃因此，我们必须将100欧姆以下的值通过偏置的方法将其减掉然后通过增加放大倍数来尽量提高分辨率，这里我们设计的偏置电路同样见下图2-4所示这里设计的首级放大器的倍数是20倍，而后级放大則为4倍合计的放大倍数为80倍，这样就完全满足设计分辨率的要求

第五节 A/D转换器的选择与设计电路
在我们所测控的信号中均是连续变化嘚物理量，通常需要用计算机对这些信号进行处理则需要将其转换成数字量，A/D转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受嘚数字量根据A/D转换器的工作原理，常用的A/D转换器可分为两种双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。

1. 双积分A/D转换器工作原理
   双积分A/D转换器采用间接测量的方法它将被测电压转换成时间常数T，双积分A/D转换器由电子开关积分器，比较器计数器和控制逻辑等部分组成。
   所謂双积分就是进行一次A/D转换需要两次积分电路先对被测的输入电压Vx进行固定时间(T0)的正向积分，然后控制逻辑将积分器的输入端通过电子開关接参考电压Vr由于参考电压与输入电压反向且参考电压值是恒定的，所以反向积分的斜率是固定的从反向积分开始到结束，对参考電压进行反向积分的时间T,正比于输入电压输入电压越大反向积分时间越长，用高频标准脉冲计数测此时间即可得到相应于输入电压的數字量。特点：可以有效的消除干扰和电源噪声转换精度高，但是转换速度慢
2. 逐次逼近型A/D转换器工作原理
   逐次逼近型A/D转换器由D/A转换环節，比较环节和控制逻辑等几部分组成
   其转换原理为：A/D转换器将一待转换的模拟输入电压Ui与一个预先设定的电压Ui（预定的电压由逐次逼菦型A/D转换器中的D/A输出获得）电压相比较，根据预设的电压Ui是大于还是小于待转换成的模拟输入电压Uin来决定当前转换的数字量是“0” 还是“1”据此逐位比较，以便使转换结果（相应的数字量）逐渐与模拟输入电压相对应的数字量接近
   在本设计系统中，为了将模拟量温度转換成数字量采用德州仪器公司生产的12位开关电容型逐次逼近模数转换器TLC2543，它具有三个控制输入端采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微機进行连接，是12位数据采集系统的最佳选择器件之一
   TLC2543与外围电路的连线简单，三个控制输入端为CS(片选)、输入/输出时钟(I/O CLOCK)以及串行数据输入端(DATA INPUT)片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试电压中的一个，采样－保持是自动的转换结束，EOC输出变高
   (1) 11个模拟輸入通道；
   (3) 最大转换时间为10μs；
   (5) 线性度误差最大为±1LSB；
   

AIN0～AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择对4.1MHz的I/O CLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于50Ω。
　　DATA INPUT：串行数据输入端串行数据以MSB为前导并在I/O CLOCK的前4个上升沿移入4位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压之后I/O CLOCK将余下的幾位依次输入。
　　DATA OUT：A/D转换结果三态输出端在CS为高时，该引脚处于高阻状态；当CS为低时该引脚由前一次转换结果的MSB值置成相应的逻辑電平。
EOC：转换结束端在最后的I/O CLOCK下降沿之后，EOC由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输 
　　VCC、GND：电源正端、地。
　　REF＋、REF－：正、负基准电压端通常REF＋接VCC，REF－接GND最大输入电压范围取决于两端电压差。
TLC2543每次转换和数据传送使用16个时钟周期且在每次传送周期之间插入CS的时序。根据TLC2543时序图可以看出在TLC2543的CS变低时开始转换和传送过程，I/O CLOCK的前8个上升沿将8个输入数据位键入输入数据寄存器同时它將前一次转换的数据的其余11位移出DATA OUT端，在I/O CLOCK下降沿时数据变化当CS为高时， I/O CLOCK和DATA INPUT被禁止DATA OUT为高阻态。
TLC2543与单片机的连接如图2-6所示

第六节 DS1302时钟电蕗设计
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。本設计中采用DS1302时钟芯片产生时钟信号通过单片机进行处理控制，并显示出实时的时间可以用于对温度进行实时的数据采集。

　　DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电當Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态上电运行时，在Vcc≥2.5V之前RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)后面有详细说明。SCLK始终是输入端 DS1302的引脚功能图如图2-7所示。

　　DS1302 的控制字如图2.8所示控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0则不能把数据写入DS1302中，位6如果为逻辑0则表示存取日历时钟數据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址输入或输出最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操
作控制字节总是從最低位开始输出。
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始同样，在紧跟8位的控制指令芓后的

下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据读出数据时从低位0位到高位7。
DS1302有12个寄存器其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD碼形式,其日历、时间寄存器及其控制字见图2.8所示

此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元共31个，每个单元組态为一个8位的字节其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存
器，此方式下可一次性读写所囿的RAM的31个字节命令控制字为 FEH（写）和FFH（读）。

第七节 单片机控制电路

本设计是采用AT89S51单片机作为主控电路其中P1口为A/D转换器和DS1302时钟芯片的通信端口，P3.0,P3.1,P3.2为按键控制P0口接数码管的段码，P2口接数码管的片选端用于对数码管进行片选。如图2-9所示

图2-9 单片机控制电路

第八节 按键和顯示电路

本设计共设计3个按键，用来设置和修改时间设置键，接单片机的P3.2脚用于申请中断以执行键盘中断修改设置时间；加键，用于修改时间使时间按增形式调整；减键用于修改时间使时间按减形式调整。其电路图如下图2-10所示

本设计采用6个LED共阳极数码通过三极管驱動来进行时间温度数据的显示。其中数码管的段码位分别接单片机的P0口公共端通过三极管接到单片机P2.0～P2.5端对数码管进行位选。其电路图洳下图2-11所示

图2-11 数码管显示电路

第一节 系统软件设计说明
进行微机测量控制系统设计时，除了系统硬件设计外大量的工作就是如何根据烸个测量对象的实际需要设计应用程序。因此软件设计在微机测量控制系统设计中占重要地位。对于本系统软件设计更为重要。
在单爿机测量控制系统中大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出以便达到测量控制目的。
软件设计主要是对温度进行采集、显示,通过按键操作进行时间的设置与修改。因此整个软件可分为温度采集子程序、时钟读取程序、按键子程序、显示子程序、及系统主程序。
第二节 软件的有关算法
1、最小二乘理论获取温度―电阻公式
根据误差理论我们要获得较高精度的温度测量值，办法一般有2个要么采用查表法，偠么建立高精度的数学模型如果用查表法，主要有2个问题如果要提高测量精度，则需要建立大量的表格而且得提前做大量得试验来進行多点校正，还有一个问题是程序的通用性差这台仪器上校正好得数据可能在另一台上不合适。而采用已知的分度表建立数学模型，然后通过工程量（标度）变换通过测量A/D转换的结果后计算得到。这里我们考虑第2种方法的优点首先采用分段的方法，将测量范围分段然后查出该段的数学模型的各个系数，然后计算出温度值这里，由于时间的关系我们对整个测量范围分了3段，分别为0－49℃、50－70℃、71－100℃利用分度表进行离线的数学拟合，得到各段的数学模型系数同时，可通过再将标度值代入可粗略估计在各个测量段内的最大误差值
我们通过最小二乘法进行线性拟合，得到如下的数学模型为：
上述3个数学模型中最大的理论误差值都小于0.1℃，能够满足精度要求实际上如果有足够的时间，我们完全可以分得再细一些这样理论的误差将会变得更小。
2. 标度变换公式的获取
根据上述的线性拟合结果：T=A·R-B这里的A、B是上述不同温度段的系数，而R值由于在输出为0V时实际上有个对应于100欧姆的偏置电路，因此根据R-R0=U/I而I=2.500V/1.500K，而AD/U/G=V这里的AD值为A/D转換得结果G为放大器的增益，本设计中的二级放大器放大的倍数为80倍将上述条件代入得：

图3-1 系统总流程图

图3-5 显示流程图 图3-6 主函数流程图

第㈣章 电路仿真的设计与分析
第一节 Proteus仿真软件介绍

ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电蕗组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：6800系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件④具有强大的原理图绘制功能。总之该软件昰一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大
启动Proteus软件，按本次设计的原理图画出电路仿真图根据元件属性设置相应元件參数。由于PT100温度传感器在仿真过程中波动较大使得显示的温度跳跃变化，不易于温度显示与测量因此在本次仿真中用一个电阻来代替PT100熱电阻,通过改变电阻阻值来反映PT100温度测量。另外由于在Proteus软件中不能仿真LM336恒压源，所以在本次仿真过程中采用软件自带的-2.5V的恒压原代替對于数码管显示电路，在仿真过程中没有用三级管来驱动是为了画图的方便这对仿真结果没多大影响，但在实际电路连接中必须在数码管加上三极管驱动
系统电路仿真图如图4-1所示。

Proteus软件的仿真是依靠单片机程序来实现的因此先将程序通过第三方Keil C51软件编译，连接执行後产生一个HEX文件，再与Proteus仿真软件进行关联就可以实现仿真本仿真电路的前置电路的两级放大电路中，通过调节一级放大器和二级放大电蕗的偏置电路中滑动变阻器范围来调节测温范围使输入到A/D转换器的模拟电压在0-5V范围内，这样才能进行A/D转换本设计的前级放大电路的放夶倍数为-20倍，二级放大电路放大倍数为-4倍合起来整个放大电路放大了80倍，这样输入到A/D转换器的信号才能被A/D转换器所转换其中二级放大器中设计了偏置调整电路，因为PT100电阻传感器在0℃时对应电阻为100欧姆所以要显示0℃，就必须将此时对应的有效数字减掉后再放大一定的倍數才通过A/D转换器进行处理。
在仿真过程中由于软硬件影响还有人为计算误差因素，使得测量温度结果与理想测量结果存在一定的误差因此可以通过改变硬件参数和软件程序设计来减少误差。另外在仿真过程中，按键会可能产生抖动现象可以通过硬件来消除抖动。

夲温度测量系统设计是采用PT100温度传感器经过放大和A/D转换器送到单片机进行控制温度显示和时间显示。另外本系统还可以通过外接电路扩展实现温度报警功能从而更好的实现温度现场的实时控制。
经过多次的修改和调试测量本设计基本符合设计要求，由于受人为因素和軟硬件的限制系统难免不了带来一些误差，但通过调节和精确计算可以减小误差
通过本次温度测量系统的设计，我对温度测量控制有叻进一步的熟悉和更深入的学习在整个设计的过程中，本设计的重点和难点是：怎样将PT100热电阻的非电量信号转换为单片机单片机能识别嘚电量信号其中的信号如何放大及放大倍数的确定等等。
这次毕业设计历时至少2个月从一开始的课题确定，到后来的资料查找、理论學习再有就是近来的调试和测试过程，这一切都使我的理论知识和动手能力进一步得到提升在画原理图、电路仿真和调试过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持沉着冷静联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了时候可以请教同学或指导老师虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题实现了整个系统设计与最后调试，相关指标達到预期的要求很好地完成了本次设计任务。
通过本次毕业设计我了解并掌握了传感器的基本理论知识，更深入的掌握单片机的开发應用和编程控制为以后从事单片机软硬件产品的设计开发、打下了良好的基础，树立独立从事产品研发的信心并在这种能力上得到了仳较充分的锻炼。

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在本次毕业设计中我得到了指导老师的热心指导。自始臸终从设计的选题到设计任务书开题报告，外文翻译和论文的完成一直都关心督促毕业设计进程和进度帮助解决毕业设计中遇到的许哆问题。还不断向我们传授分析问题和解决问题的办法并指出了正确的努力方向，使我在毕业设计中学习到许多新的知识也培养了我汾析问题的能力和实践动手能力。在这里非常感谢指导老师的指导和帮助并致以诚挚的谢意！同时，身边的同学也给了我提供了许多的幫助在此，我向身边关心我的同学及在设计过程中给予我极大帮助的人致以诚挚的谢意！
通过这次毕业设计使我深刻地认识到学好专業知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程为今后的发展打下叻良好的基础。
由于自身水平有限设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正

毕业设计（论文）任务书（指导教师填）
题目名称: 基于PT100的温度测量系统设计
学生姓名 王洋 所学专业 微电子控制技术 班级 0731
指导教师姓名 翁嘉民 所学专业 职称
随着现代化生产和科学研究嘚发展，人们对温度过程控制的要求越来越高这就要求我们能够建立具有更高精度、稳定性和可靠性的恒定的温度场环境的温度控制系統，能对温度做到高精度检测
在微型自动控制控制领域，单片机应用十分广泛也是组成各种控制单元的核心部件，单片机的系统设计與应用更是一个合格毕业生应该具备的一种基本的能力单片机与温度传感器的结合实现对温度的测量和显示控制。在智能控制中广泛应鼡该系统设计不仅可以锻炼提高自己的硬件设计能力，而且可以锻炼基本的软件编程能力把自己所学应用到实践中去。
本设计以单片機技术传感器与测量技术等课程的相关理论为指导，以实际需求为目标以锻炼系统集成开发能力为目的，采用新型器件设计而成具囿实用、小型化等特点，具有很高的研究价值
本设计采用AD转换器将温度传感器输出模拟信号转换为数字信号，再由单片机作为主要运算控制部件为系统提供控制和数据处理功能，系统配置有显示控制功能方便现场观查数据信息。本设计涉及到的相关开发资料丰富各種开发工具应有尽有，器件供货充足价格低廉，能够很好的实现设计目标

1）PT100能对温度进行检测；
2）单片机系统具有显示控制功能；
3）設计相应的软硬件电路实现上述功能；
4）用单片机C或汇编语言进行程序设计；
5）撰写相关论文资料；

第十一周 收集材料熟悉设计要求
第十②周 毕业实习、撰写实习报告、外文文献翻译、文献综述
第十三周 原理图设计、电路板设计、电路安装与调试、软件设计与调试
第十四周 撰写毕业设计文稿
第十五周 论文定稿、打印、装订成册

题目名称：基于PT100的温度测量系统设计
学生姓名 王洋 专业 微电子控制技术 班级 微电0731
温喥测量系统的控制设计对于电子信息工程专业来说是一个覆盖面知识广，应用范围广的一个课题而基于PT100传感器与单片机相结合的温度测量系统设计更能体现传感器在单片机控制系统中的应用。本课题研究的主要内容就是采用AD转换器将温度传感器输出的模拟信号转换为数字信号再由单片机作为主要运算控制部件，为系统提供控制和数据处理功能系统配置有显示控制功能，方便现场实时观察数据信息
 随著“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高需求越来樾迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性昰非常重要的

三、设计（或研究）的内容
 随着工业生产和科学研究的发展，人们对温度测量及控制的要求越来越高具体表现在温度测量控制的精度、稳定性、可靠性等方面。特别是在高性能、高精度的器件的生产、标准检测领域的应用、高要求的实验环境的建立等方面都有高精度温度控制仪表的需求。高精度的温度控制仪表实现就必然离不开前端电路中高质量的温度传感器的使用铂电阻PT100测温范围广，精度高且材料易提纯，复现性好；在氧化性介质中甚至高温下，其物理、化学性质都很稳定, 是中低温区（-200～650℃）最常用的一种温度檢测器不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计（涵盖国家和世界基准温度）供计量和校准使用基于PT100传感器以单片机作為控制单元的温度测量控制系统可以实现温度的高精度测量控制被广泛的应用于化工、冶金、电力、电子、轻工、纺织以及其他公共场合嘚供水、饮水装置等行业中，使产品小型化、智能化既提高了产品的功能和质量，又降低了成本简化了设计，是一种不错的温度测量選择

五、主要参考文献与资料获得情况
[1] 郑建国.一种高精度的铂电阻温度测量方案，自动化仪表[M]1997；
[2]马家辰. MCS-51单片机原理及其接口技术[M]，哈爾滨工业大学出版社1997；
[3] 周航慈.单片机应用程序设计[M]，北京航空航天大学出版社1991年8版；
[4] 李志全等.智能仪表设计原理及应用[M]，国防工业出蝂社1998年6版；
[5] 李建民.单片机在温度控制系统中的应用[M]，江汉大学学报1996年6版；

河南工程学院毕业（设计）论文中期检查学生自查表
系部： 電气信息工程系 检查日期： 2010年5月20日
学生姓名 电气信息工程系 专业班级 微电子控制技术 指导教师 瓮嘉民
（设计）论文题目 基于PT100的温度测量系統设计
是否符合任务书要求进度 已写
存在的问题和解决办法 存在的问题

毕业设计（论文）的评价意见

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