高原宇毕业论文

精品文库 欢迎下载 目 录 1 绪 论.1 1.1 课题来源及研究意义 .1 1.2 论文工作和内容安排 .1 2 主控板总体方案设计.3 2.1 主控板硬件方案需求.3 2.2 主控板总体结构设计 .3 3 主控板硬件平台的构建.4 3.1 微处理器 S3C2410 描述.4 3.2 NAND FLASH电路.8 3.3 SDRAM 电路 .9 3.4 电源电路 .11 3.5 复位电路 .12 3.6 系统时钟电路 .13 3.7 A/D 转换电路.13 3.8 LED 数码管驱动电路.16 3.9 JTAG 接口电路.18 3.10 串行接口电路.19 3.11 本章小结.20 4 ADS 集成开发环境简述.21 4.1 ADS 集成开发环境简述.21 4.2 ADS 软件组成.21 工作总结与展望.24 参考资料.26 致 谢.28 精品文库 欢迎下载 1 绪绪 论论 1.1 课题来源及研究意义 本论文研究的课题是基于 ARM9 数字信道仿真器的主控板设计，信道是通信系 统中不可缺少的重要组成部分,信道特性直接影响着通信系统的性能。同样在通信仿 真系统及各种通信对抗模拟仿真系中,信道的模拟仿真也是一个重要的环节,可以说, 信道模拟仿真的好坏,同样直接影响着整个模拟仿真系统的性能,而在信道的模拟仿真 中,短波信道最为困难和复杂,因为短波信道是一个随机变参信道,它具有信道衰落信 道传输延时及多径传播均随时间而变三大特点,信道中的信号、噪声和干扰都随昼夜、 频率、地点而不断地变化着,很难确定一个能较为全面地反映短波信道特性的数学模 型，但是,根据短波通信信道的一些统计规律,有所侧重地建立近似的信道模型,采用 硬件与软件相结合的办法实现短波信道的模拟仿真是可以做到的。 以往对通信系统设计及通信装备的鉴定、验收试验工作主要靠外场试验系统完 成。外场试验系统的优点在于试验环境的真实性，信号环境虽然是人工制造的，但 也是相对逼真的。但外场试验系统的局限性也非常明显，它的真实信道环境只限于 试验场区环境，而在试验场区营造各种不同的信道环境几乎不可能。另外它还存在 受气候条件限制、机动性差、试验成本高等一系列缺点。与之相比，仿真试验系统 具有很多优点，它可以很容易地制造各种典型信道特性环境和电磁环境，能够模拟 的地域跨度非常广阔，不受气候条件限制，可以随时进行多次重复试验。显然要建 立仿真试验系统，信号环境和信道环境的仿真问题是需要解决的核心技术问题。 1.2 论文工作和内容安排 本论文所研究的是对信道环境的模拟问题。由于仿真仿真系统所具有的优越性， 因此也出现了各种信道仿真器，其中大部分是对中频模拟信道的模拟。在这种情况 下，基本上是对某一信道进行模拟，如卫星信道、短波信道等等。 数字信道仿真器由配置计算机和实时硬件仿真器构成，硬件仿真器是整个信道 仿真器系统的核心，系统采用模块化设计的方式，每一路双向数字信道作为硬件仿 真器的一个基本子模块（以下简称“收发”通道） ，整个信道仿真器由 8 个“收发”通道、 背板、电源板和主控板构成，能提供 16 个以太网口、E1 接口和 RS-530 接口，每个 子模块中相同类型的两个接口组成一个双向数字信道，用户选择使用某种接口。 系统一般流程为：配置计算机提供用户界面，输入各路的延时、误码率、突发 误码时间、突发误码方式等参数，主控板通过 RS232 接口与配置计算机相连接，接 收并分发配置计算机发送的各通道仿真参数及其它控制命令，完成硬件仿真器仿真 精品文库 欢迎下载 参数配置，再由子模块根据用户当前所使用的接口和配置参数，完成信道延时和插 入误码。 另外，主控板提供了必要的人机界面，当系统中没有配置计算机的时候，主控 板可以代替配置计算机，即主控板提供用户界面，输入各路的延时、误码率、突发 误码时间、突发误码方式等参数，各通道仿真参数由主控板配置给子模块，子模块 根据用户当前所使用的接口和配置参数，完成信道延时和插入误码。这种双重控制 设计提高了整个系统的灵活性，也便于成本控制（如去掉配置计算机可节省一笔开 支） 。 本论文主要是设计基于 ARM9 数字信道模拟器的主控板。根据主控板的功能需 求，选择了合适的方案，使用以高速的 ARM9 处理器 S3C2410 为核心的信道仿真器 的主控板，软件开发环境是 ARM 公司推出的 ARM 核微控制器集成开发工具 ADS（ARM Developer Suite）集成开发环境，版本为 ADS1.2，采用 EasyJTAG 仿真 器调试。 论文的内容安排如下： 第一章 介绍数字信道模拟器的用途、基本构架和系统流程。重点说明主控板在系统 中的作用。 第二章 简单了解主控板的功能需求，提出主控板的硬件设计方案，描述主控板的各 个功能模块。 第三章 详细介绍主控板的硬件设计工作，分析各模块电路的功能和组成并做工作小 结。 第四章 简单介绍 ADS（ARM Developer Suite）集成开发环境和 ARM 在未来发展中 的展望。 精品文库 欢迎下载 2 主控板总体方案设计主控板总体方案设计 2.1 主控板硬件方案需求 主控板硬件需要有： 1）可供系统运行的电源电路； 2）能提供性能优越的电源监视功能的复位电路； 3）向 CPU 及其他电路提供的工作时钟电路； 4）采集和输出模拟量的 A/D、D/A 转换电路； 5）数码显示的 LED 电路； 6）用于存放程序代码等在系统掉电后需要保存用户数据的 Flash 电路； 7）用作程序运行的空间、数据及堆栈区的 SDRAM 电路； 8）用于对 Flash 器件进行编程的 JTAG 接口电路； 9）用于数据传输的串行接口电路。 2.2 主控板总体结构设计 根据以上对主控板的总体结构要求的阐述，对部分硬件设计原理及工作原理有 了大体的了解，作出 2410 的外围电路模块的配置，在下面的章节我将重点介绍我所 做的系统基本组成，框图如 2-1 所示，这里不再赘述。 电源 模块 时钟 复位 Flash RAM JTAG S3C2410 Other LED 精品文库 欢迎下载 图 2-1 系统基本组成框图 3 主控板硬件平台的构建 3.1 微处理器 S3C2410 描述 ARM 公司和 ARM 处理器简介 1）ARM 是一个 CPU 内核。ARM 公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权 模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费和技术转让费。 2）基于 ARM 内核的处理器是目前消费类电子市场中占有量第一的处理器，尤其是 手机行业。 3）ARM 是“Advanced RISC Machine”的缩写，最早的 ARM 处理器诞生于 80 年代的 英国。 ARM 处理器的特点： 1）支持 ACHE 和 MMU 2）冯诺依曼体系结构/哈佛体系结构 冯诺依曼体系结构一般 ARM7 所使用的机构，如图 3-1 所示。 指令寄存器指令寄存器 控制器控制器 数据通道数据通道 输入输入输出输出 中央处理器中央处理器 程序程序 指令指令0 指令指令1 指令指令2 指令指令3 指令指令4 数据数据 数据数据0 数据数据1 数据数据2 存储器存储器 精品文库 欢迎下载 图 3-1 冯诺依曼体系结构图 哈佛体系结构是 ARM9 及后继型号的结构，如图 3-2 所示。 图 3-2 哈佛体系结构图 3）RISC 指令集 固定的 32 位指令 Load/Store 体系结构 大多数指令单周期完成 4）流水线执行：几个指令可以并行执行 。提高了 CPU 的运行效率 。内部信息流 要求通畅流动。 5）ThumbDSPjazeller 功能扩展 6）低功耗 ARM 处理器的分类 基于处理器内核的分类： ARM7T，ARM7E，ARM9，ARM9E，ARM10T，ARM10E，ARM11 基于指令集体系结构的分类：v4T，v5T，v5TE，v5TEJ，v6。 ARM 核简介 指令寄存器指令寄存器 控制器控制器 数据通道数据通道 输入输入输出输出 中央处理器中央处理器 指令指令0 指令指令1 指令指令2 数据存储器数据存储器 数据数据0 数据数据1 数据数据2 地址地址 指令指令 地址地址 数据数据 程序存储器程序存储器 精品文库 欢迎下载 处理器核/整数核(Processor Core/Integer Core)：ARM7TDMI, ARM9TDMI, ARM9E- S， ARM10TDMI，ARM10E 等。 ARM CPU 核(ARM CPU Cores)：ARM710T/720T/740T, ARM920T/940T, ARM946E- S, ARM966E-S, ARM1020E 等。 基于 ARM Core CPU 的应用处理器，比如：Intel 的 PXA25x，Philip 的 lpc22xx 系列， Samsung 的 S3C44B0 等。 ARM 的市场 ARM 处理器市场覆盖率最高、发展趋势广阔 基于 ARM 技术的 32 位微处理器，市场的占有率目前已达到 80%。 绝大多数 IC 制造商都推出了自己的 ARM 结构芯片。我国的中兴集成电路、大唐电 讯、中芯国际和上海华虹，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、 Philips、Intel、Samsung 等都推出了自己设计的基于 ARM 核的处理器。 ARM 芯片选择的一般原则： 从应用的角度，对在选择 ARM 芯片时所应考虑的主要因素做一详细的说明。 1）ARM 芯核 如果希望使用 WinCE 或 Linux 等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择 ARM720T 以上带有 MMU(Memory Management Unit)功能的 ARM 芯片. 2）系统时钟控制器 系统时钟决定了 ARM 芯片的处理速度。ARM7 的处理速度为 0.9MIPS/MHz,常 见的 ARM7 芯片系统主时钟为 20MHz-133MHz,ARM9 的处理速度为 1.1MIPS/MHz, 常见的 ARM9 的系统主时钟为 100MHz-233MHz, ARM10 最高可以达到 700MHz 。 3）内部存储器容量 在不需要大容量存储器时，可以考虑选用有内置存储器的 ARM 芯片。 4）USB 接口 许多 ARM 芯片内置有 USB 控制器，有些芯片甚至同时有 USB Host 和 USB Slave 控制器。 5）GPIO 数量 在某些芯片供应商提供的说明书中，往往申明的是最大可能的 GPIO 数量，但 是有许多引脚是和地址线、数据线、串口线等引脚复用的。这样在系统设计时需要 计算实际可以使用的 GPIO 数量。 6）中断控制器 ARM 内核只提供快速中断(FIQ)和标准中断(IRQ)两个中断向量。但各个半导体 厂家在设计芯片时加入了自己不同的中断控制器，以便支持诸如串行口、外部中断、 精品文库 欢迎下载 时钟中断等硬件中断。外部中断控制是选择芯片必须考虑的重要因素，合理的外部 中断设计可以很大程度的减少任务调度的工作量。 7）LCD 控制器 有些 ARM 芯片内置 LCD 控制器，有的甚至内置 64K 彩色 TFT LCD 控制器。 在设计 PDA 和手持式显示记录设备时，选用内置 LCD 控制器的 ARM 芯片较为适 宜。 8）扩展总线 大部分 ARM 芯片具有外部 SDRAM 和 SRAM 扩展接口，不同的 ARM 芯片可 以扩展的芯片数量即片选线数量不同，外部数据总线有 8 位、16 位或 32 位。某些 特殊应用的 ARM 芯片如德国 Micronas 的 PUC3030A 没有外部扩展功能。 9）I/O 接口 CPU 与外部设备及存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，而前 级被称为 I/O 接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在 CPU 的同步控制下， 作为接口电路比较简单。而 I/O 设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因 此，习惯上说到接口只是 I/O 接口。 根据 CPU 设计的不同，集成度也不一样。一般用于手持或移动的设备所具有的 接口大致相同， 我在本次设计中所使用的基于 ARM9 的处理器 S3C2410 是著名的半导体公司 SAMSUNG 推出的一款 32 位 RISC 处理器。他为手持设备和一般类型的应用提供了 低价格低功耗高性能微控制器的解决方案。S3C2410 的内核基于 ARM920T，带有 MMU（Memory Management Unit）功能，采用 0.18m 工艺，其主频可到 203MHz，适合于对成本和功耗敏感的需求，同时它还采用了新型的总线结构 AMBA（Advanced Microcontr-oller Bus Architecture），实现了 MMU,AMBA- BUS , Harvard 的高速缓冲体系结构，同时支持 Thumb16 位压缩指令集，从而能以较小的 存储空间需求，获得 32 位的系统性能。 S3C2410 其片上功能如下： 1）其内核工作电压为 1.8V/2.0V,存储器供电电压为 3.3V； 2）16KB 的指令 Cache 和 16KB 的数据 Cache； 3）LCD 控制器，最大可支持 4KSTN 和 256TFT； 4）4 通道的 DMA 请求； 5）3 通道的 UART，2 通道的 SPI 接口； 6）2 通道的 USB； 7）4 路 PWM 和 1 个内部时钟控制器； 8）117 个通用 I/O，24 路外部中断； 精品文库 欢迎下载 9）272PinFBGA 封装； 10）16 位的看门狗定时器 11）1 通道的 IIC/IIS 控制器； 12）带有 PLL 片上时钟发生器。 后面所介绍的是设计中所必不可少的外围电路，如图 3-3 所示。 图 3-3 基本结构图 3.2 Nand Flash 电路 flash 的英文解释为：n.闪光，闪现，一瞬间，闪现，反射，使迅速传便，vt.使 闪光，反射 adj.闪光的，火速的。Flash 也是由 macromedia 公司推出的交互式矢量 图和 Web 动画的标准，由 Adobe 公司收购。网页设计者使用 Flash 创作出既漂亮 又可改变尺寸的导航界面以及其他奇特的效果。Flash 也是存储芯片的一种，Flash 存储器又称闪存，它通过特定的程序可以修改里面的数据。在实际开发中，设计者 可以根据产品的接口、容量和成本、可靠性、寿命、产品的升级、读写性能等需求 来进行合理选择。 Nand Flash 相较于 Nor Flash 存储器它具有：通用的 SDAM 接口，可以轻松的 挂接在 CPU 的地址、数据总线上，对 CPU 接口要求低；性价比要比 Nor Flash 高一 些；Nand Flash 借口是固定的，升级比较简单；Nand Flash 执行擦除操作是十分简 单的。 所以本系统所采用的 64MB Nand Flash，它的型号为 K9F2808。 核心板 精品文库 欢迎下载 由于 S3C2410 直接带有 NAND FLASH 接口，因此接口逻辑极为简单。 需要注意的是 FRB 信号是 OC 门输出，因此需要外部的上拉电阻。 Nand Flash 电路如图 3-4 所示： 图 3-4 Nand Flash 电路图 K9F2808 的引脚定义图表 3-1 如下： K9F2808 的引脚图表 3-1 引脚描述引脚描述 I/O0 I/O7 数据、命令、地址输入/ 输出引脚 WP 写保护 CLE命令锁存使能 _ R/B 是否忙碌 ALE地址锁存使能Vcc电源（2.73.3） CE 芯片使能Vss地 RE 读使能N.C.无连接 WE 写使能 3.3 SDRAM 电路 精品文库 欢迎下载 于 Flash 存储器相比，SDRAM 电路不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度 大大高于 Flash 存储器，且具有读/写的属性.因此，SDRAM 在系统中主要用作程序 的运行空间、数据及堆栈区。当系统启动时，CPU 首先从复位地址 0 x0 出读取启动 代码，在完成系统初始化后，程序代码一般应调入 SDRAM 中运行，以提高系统的 运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在 SDRAM 中。 SDRAM 具有单位空间存储量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式 系统中。 SDRAM 的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失， 必须定时刷新（充电）。因此，要在系统中使用 SDRAM，就要求微处理器具有刷 新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C2410 及其他一些 ARM 芯片在片内具有独立的 SDRAM 刷新逻辑控制，可方便地与 SDRAM 接口。但某些 ARM 芯片则没有 SDRAM 刷新逻辑控制，就不能直接与 SDRAM 接口，在进行系 统设计中应注意这一点。 目前常用的 SDRAM 为 8 位/16 位的数据宽度，工作电压一般为 3.3V。主要的 生产厂商为 HYUNDAI，Winbond 等。他们生产的同型器件一般具有相同的电气特 性和封装形式，可通用。 该系统中使用的 HY57V561620 为例，简要描述一下 SDRAM 的基本特性及使 用方法：HY57V561620 存储容量为 4 组*16M 位（32MB），工作电压为 3.3V，常 见封装的 54 脚 TSOP，兼容 LVTTL 接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新 （Self- Refresh），16 位数据宽度。 HY57V561620 引脚分布及信号描述如下图表 3-2 所示： HY57V561620 引脚图表 3-2 引脚名称描 述 CLK时钟片内时钟输入 CKE 时钟使能片内时钟信号控制 /CS片选 禁止或使能除 CLK、CKE 和 DQM 外的所用信 号 BA0、BA1组地址选择用于片内 4 个组的选择 A12A0地址总线 行地址：A12A0,列地址：A8A0 自动预充电： A10 /RAS行地址锁存参照功能表/RAS 的操作 /CAS列地址锁存参照功能表/CAS 的操作 精品文库 欢迎下载 引脚名称描 述 /WE写使能参照功能表/WE 的操作 LDQM、U DQM 数据 I/O 屏蔽 读模式下控制输出缓冲，写模式下控制输入数 据 DQ15DQ0数据总线数据输入/输出引脚 Vdd/Vss电源/地内部电路及输入缓冲电源/地 Vddq/Vssq电源/地输出缓冲电源/地 NC未连接未连接 SDRAM 电路图如 3-5 所示： DQ0 2 D0 DQ1 4 D1 DQ2 5 D2 DQ3 7 D3 DQ4 8 D4 DQ5 10 D5 DQ6 11 D6 DQ7 13 D7 DQ8 42 D8 DQ9 44 D9 DQ10 45 D10 DQ11 47 D11 DQ12 48 D12 DQ13 50 D13 DQ14 51 D14 DQ15 53 D15 VDD0 1 VDD33 VDD1 14 VDD33 VDD2 27 VDD33 VDDQ0 3 VDD33 VDDQ1 9 VDD33 VDDQ2 43 VDD33 VDDQ3 49 VDD33 VSS2 54 GND VSS1 41 GND VSS0 28 GND A0 A2 23 A1 A3 24 A2 A4 25 A3 A5 26 A4 A6 29 A5 A7 30 A6 A8 31 A7 A9 32 A8 A10 33 A9 A11 34 A10 A12 22 A11 A13 35 A12 A14 36 BA0 A24 20 BA1 A25 21 LDQM nWBE0 15 UDQM nWBE1 39 SCKE SCKE 37 SCLK SCLK0 38 nSCS nSCS0 19 nSRAS nSRAS 18 nSCAS nSCAS 17 nWE nWE 16 VSSQ0 GND 6 VSSQ1 GND 12 VSSQ2 GND 46 VSSQ3 GND 52 NC 40 DQ0 2 D0 DQ1 4 D1 DQ2 5 D2 DQ3 7 D3 DQ4 8 D4 DQ5 10 D5 DQ6 11 D6 DQ7 13 D7 DQ8 42 D8 DQ9 44 D9 DQ10 45 D10 DQ11 47 D11 DQ12 48 D12 DQ13 50 D13 DQ14 51 D14 DQ15 53 D15 VDD0 1 VDD33 VDD1 14 VDD33 VDD2 27 VDD33 VDDQ0 3 VDD33 VDDQ1 9 VDD33 VDDQ2 43 VDD33 VDDQ3 49 VDD33 VSS2 54 GND VSS1 41 GND VSS0 28 GND A0 A2 23 A1 A3 24 A2 A4 25 A3 A5 26 A4 A6 29 A5 A7 30 A6 A8 31 A7 A9 32 A8 A10 33 A9 A11 34 A10 A12 22 A11 A13 35 A12 A14 36 BA0 A24 20 BA1 A25 21 LDQM nWBE2 15 UDQM nWBE3 39 SCKE SCKE 37 SCLK SCLK0 38 nSCS nSCS0 19 nSRAS nSRAS 18 nSCAS nSCAS 17 nWE nWE 16 VSSQ0 GND 6 VSSQ1 GND 12 VSSQ2 GND 46 VSSQ3 GND 52 NC 40 HY57V561620 U203 HY57V561620 U204 图 3-5 SDRAM 电路图 3.4 电源电路 精品文库 欢迎下载 在该系统中，需要用到 5V，3.3V，1.8V 的直流稳压电源，其中，SC32410 的 I/O 电压需要 3.3V 的电源，S3C2410 的核心电压需要 1.8V 的，另外其他外围器件有 需要用到 5V 和 3V 的。系统的输入电压为 5V。 电源电路如图 3-6 所示： 1）左图电路中 3.3V 使用 LM1805；电路中 1.8V 使用 AS1117 2）右图中是我们常用的 LM7805 的 5V 输出 图 3-6 电源电路图 3.5 复位电路 复位电路主要为了提供性能优越的电源监视功能，选取了专门的系统监视复位 芯片 IMP811S，该芯片性能优良，可以通过手动控制系统的复位，同时还可以实时 监控系统的电源，一旦系统电源低于系统复位的阈值（2.9V），IMP811S 将会起作 用，对系统进行复位，复位电路图如 3-7 所示： 图 3-7 复位电路图 精品文库 欢迎下载 3.6 系统时钟电路 时钟电路用于向 CPU 及其他电路提供工作时钟。根据 S32410 的工作频率及 PLL 电路的工作方式，选择 12MHz 的无源晶振，与 S3C2410 内部的 PLL 电路倍频 后最高可以达到 207MHz。片内的 PLL 电路见有频率放大和信号提纯功能，因此系 统可以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的 高频噪声。在该系统中 S3C2410 所使用的是无源晶振，系统晶振电路如图 3-8 所示， 另外，S3C2410 继承了实时时钟控制器，需要外部提供 32.768kHz 的实时时钟信号， 电路图如图中 3-9 所示。 图 3-8 实时时钟电路图 图 3-9 系统晶振电路图 3.7 A/D 转换电路 A/D 转换的重要指标： 1） 分辨率(Resolution)： 分辨率反映 A/D 转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位 (LSB)所对应的模拟输入的电平值表示。n 位 A/D 能反应 1/2n 满量程的模拟输入电 平。由于分辨率直接与转换器的位数有关，所以一般也可简单地用数字量的位数来 表示分辨率，即 n 位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。值得注意 的是，分辨率与精度是两个不同的概念，不要把两者相混淆。即使分辨率很高，也 可能由于温度漂移、线性度等原因，而使其精度不够高。 2） 精度(Accuracy) 精度有绝对精度(Absolute Accuracy)和相对精度(Relative Accuracy)两种表示方法。 1) 绝对误差 在一个转换器中，对应于一个数字量的实际模拟输入电压和理想 的模拟输入电压之差并非是一个常数。我们把它们之间的差的最大值，定义为“绝对 12 X102 12MHz 15pF C132 C133 15pF R108 1M XTIPLL XTIPLL 12 X101 32768Hz 22pF C130 22pF C131 XTIPLL XTIPLL 精品文库 欢迎下载 误差”。通常以数字量的最小有效位(LSB)的分数值来表示绝对误差，例如：1LSB 等。 绝对误差包括量化误差和其它所有误差。 2) 相对误差 是指整个转换范围内，任一数字量所对应的模拟输入量的实际 值与理论值之差，用模拟电压满量程的百分比表示。 例如，满量程为 10V，10 位 A/D 芯片，若其绝对精度为 1/2LSB，则其最小有 效位的量化单位：9.77mV，其绝对精度为4.88mV，其相对精度为 0.048%。 3） 转换时间(Conversion Time) 转换时间是指完成一次 A/D 转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转 换结束信号开始有效的时间间隔。 转换时间的倒数称为转换速率。例如 AD570 的转换时间为 25us，其转换速率为 40KHz。 4） 电源灵敏度(power supply sensitivity) 电源灵敏度是指 A/D 转换芯片的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。 一般用电源电压变化 1时相当的模拟量变化的百分数来表示。 5） 输出逻辑电平 多数 A/D 转换器的输出逻辑电平与 TTL 电平兼容。在考虑数字量输出与微处理 的数据总线接口时，应注意是否要三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等。 6） 量程 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。例如， 单极性量程为 0+5V，0+10V，0+20V；双极性 量程为-5+5V，- 10+10V。 7） 工作温度范围 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度 范围内才能保证额定精度指标。一般 A/D 转换器的工作温度范围为（0700C），军 用品的工作温度范围为（-55+1250C）。 S3C2410X 芯片自带一个 8 路 10 位 A/D 转换器，最大转换率为 500K，非线性 度为正负 1.5 位，其转换时间可以通过下式计算：如果 A/D 使用的时钟为 50MHz， 预定标器的值为 49，那么： A/D 转换频率=50MHz(49+1)=1MHz 转换时间=1/（1MHz/5 时钟周期）=1/200kHz=5us 注意：因为 A/D 转换器的最高时钟频率是 2.5MHz,所以转换速率可达 500kSPS。 （一）A/D 转换电路如图 3-10 所示： 精品文库 欢迎下载 图 3-10 A/D 转换电路图 注：1）3 个 ADC 电位器对应 AIN0-2，可通过跳线选择处理器的 AIN0-2 是连接电 位器还是引出到扩展槽; 2）ADC 电路的参考电压 VREF 由多圈电位器 RP1004 来提供。 （二）D/A 转换电路如图 3-11 所示： 精品文库 欢迎下载 图 3-11 D/A 转换电路图 注：1）使用 SPI 经由 MAX504 扩展 2）MAX504 的片选和清零线为由 74HC573 扩展出来的 EXIO 3.8 LED 数码管驱动电路 1）8 位数码管由 ZLG7290 控制显示，是通过 IIC 总线接到 2410 处理器 2）电路中对 IICSDA 和 IICSCL 两个信号都接有 3.3K 上拉电阻。 LED 接口电路如图 3-12 所示： 精品文库 欢迎下载 图 3-12 LED 接口电路图 电路中所使用的芯片 ZLG7290 键盘/LED 驱动器是周立功公司针对仪器仪表行 业的需要自行研制的一款芯片。该芯片能自动完成 8 位 LED 数码管的动态扫描和 (最多)64 按键检测扫描，大大减轻单片机的用于显示/键盘的工作时间和程序负担， 可使集中资源用于信号的检测和控制。由于采用 I2C 总线方式使得芯片与单片机间 的通讯只用 2 个 I/O 口便可完成，节省了单片机有限的口资源。ZLG7290 能够直接 驱动 8 位共阴式数码管（或 64 只独立的 LED） ，同时还可以扫描管理多达 64 只按键。其中有 8 只按键还可以作为功能键使用，就像电脑键盘上的 Ctrl、Shift、Alt 键一样。另外 ZLG7290B 内部还设置有连击计数器，能够使某 键按下后不松手而连续有效。采用 I2C 总线方式，与微控制器的接口仅需两根 信号线。可控扫描位数，可控任一数码管闪烁。 该芯片为工业级芯片，抗干扰能 力强，在工业测控中已有大量应用。 该芯片特点： 1）I2C 串行接口，提供键盘中断信号，方便于处理器接口；可驱动 8 位共阴数 码管 2）或 64 只独立 LED 和 64 个按键；可控扫描位数，可控任一数码管闪烁；提 供数 3）据译码和循环，移位，段寻址等控制；8 个功能键，可检测任一键的连击次 数； 4）无需外接元件即直接驱 LED，可扩展驱动电流和驱动电压； 5）提供工业级器件，多种封装形式 PDIP24，SO24。 ZLG7209 芯片其引脚功能如图 3-13 所示： 精品文库 欢迎下载 图 3-13 ZLG7209 芯片其引脚功能图 3.9 JTAG 接口电路 80 年代由联合测试行动组（Joint Test Action Group）制定的边界扫描测试 （Boundary-Scan Testing，简写 BST）规范，在 1990 年被批准为 IEEE std 1149.1-1990 标准，简称 JTAG 标准。 优点是： 可以迅速检测芯片之间的连接是否可靠； 对于一些结构复杂的芯片，比如 CPU、FPGA，只使用少量的管脚资源就可以 实现在线调试，而不需要大量管脚引出信号。 JTAG 调试的原理是通过 JTAG 电缆控制 CPU 的引脚和寄存器，从而达到仿真 的目的。 软件仿真器和硬件仿真器的区别： 软仿将硬仿的功能用 PC 来实现，不如硬仿稳定快速。 JTAG 接口电路图如图 3-14 所示： 精品文库 欢迎下载 图 3-14 JTAG 接口电路图 3.10 串行接口电路 系统带有两个串行接口，分别为 UART0 和 UART1 其中 UART1 复用为支持 RS485 和 RS422 的接口，另外还将其复用为 IRDA 的红外模块。 几乎所有的微控制器、PC 都提供串行接口，使用电子工业协会（EIA）推荐的 RS-232-C 标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。早期它被应用于计算机 与终端通过电话线和 Modem 进行远距离数据传输。随着微型计算机和微处理器的发 展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不再使用电话 线和 Modem，而直接进行端对端的连接。 该系统使用的串行接口电路如图 3-15 所示： 精品文库 欢迎下载 图 3-15 串行接口电路图 3.11 本章小结 经过多番的查阅资料和请教指导老师，了解了硬件设计的基本要求，在本章节 的编写过程中了解到了许多以前没有用到的元器件资料，并且系统学习了 DXP 电器 绘图软件，并且就每个电路进行了系统的了解其工作原理和注意事项。 精品文库 欢迎下载 4 ADS 集成开发环境简述集成开发环境简述 4.1 ADS 集成开发环境简述 ADS 全称为 ARM Developer Suite，是 ARM 公司推出的新一代 ARM 集成开发 工具。现在 ADS 的最新版本是 1.2，它取代了早期的 ADS1.1 和 ADS1.0。在 ADS 工具诞生之前，一直使用的是 ARM SDT 工具，目前 ARM SDT 工具已经慢慢被淘 汰。ADS 除了可以安装在 Windows NT4、Windows 2000、Windows 98 和 Windows 95 操作系统下，还支持 Windows XP 和 Windows Me 操作系统。 4.2 ADS 软件组成 ADS 由命令行开发工具、GUI（Graphics User Interface，图形用户界面）开发环 境（Code Warrior 和 AXD）、实用程序和支持软件组成。有了这些部件，用户就可 以为 ARM 系列的 RISC 处理器编写和调试自己的开发应用程序了。下面将分别介绍 这 4 个组成部分。 1命令行开发工具 命令行开发工具在实际应用中相对比较广泛，用它最大的好处就是可以将许多 编译命令写在一个脚本文件中，然后只执行该脚本文件就可以让工具自动完成所有 编译的工作。命令行中常用的命令如下。 （1）armcc armcc 是 ARM C 编译器，这个编译器通过了 Plum Hall C Validation Suite 为 ANSI C 的一致性测试。armcc 用于将用 ANSI C 编写的程序编译成 32 位 ARM 指令 代码。 （2）armcpp armcpp 是 ARM C+编译器，它将 ISO C+ 或 EC+ 编译成 32 位 ARM 指令 代码。该编译器的命令选项和 armcc 的选项基本一样，这里就不再重复。 （3）tcc tcc 是 Thumb C 编译器，该编译器通过了 Plum Hall C Validation Suite 为 ANSI 一致性的测试。tcc 将 ANSI C 源代码编译成 16 位的 Thumb 指令代码，同时它的编 译选项和用法类似 armcc，具体使用请参考 ADS 软件的在线帮助文件。 （4）tcpp 精品文库 欢迎下载 tcpp 是 Thumb C+ 编译器，它将 ISO C+ 和 EC+源码编译成 16 位 Thumb 指 令代码，同时它的编译选项和用法类似 armcc，具体使用请参考 ADS 软件的在线帮 助文件。 （5）armasm armasm 是 ARM 和 Thumb 的汇编器，它对用 ARM 汇编语言和 Thumb 汇编语 言写的源代码进行汇编。在命令行输入：armasm help 将会看到 armasm 汇编器的用 法以及它的编译选项。 （6）armlink armlink 是 ARM 连接器，该命令既可以将编译得到的一个或多个目标文件和相 关的一个或多个库文件进行连接，生成一个可执行文件，也可以将多个目标文件部 分连接成一个目标文件，以供进一步的连接。ARM 连接器生成的是 ELF 格式的可 执行映像文件。 （7）armsd armsd 是 ARM 和 Thumb 的符号调试器，它能够进行源码级的程序调试。用户 可以在用 C 或汇编语言写的代码中进行单步调试，设置断点，查看变量值和内存单 元的内容。 2GUI 开发环境 ADS GUI 开发环境包含 Code Warrior 和 AXD 两种，其中 Code Warrior 是集成 开发工具，而 AXD 是调试工具。下面将分别介绍这两个工具。 CodeWarrior for ARM 是一套完整的集成开发工具，充分发挥了 ARM RISC 的 优势, 使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于 ARM RISC 的处理器而设计的，它可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节， 使得开发人员只需通过一个集成软件开发环境就能研制出 ARM 产品，在整个开发 周期中，开发人员无需离开 CodeWarrior 开发环境，因此节省了在操作工具上花的 时间，使得开发人员有更多的精力投入到代码编写上来，CodeWarrior 集成开发环境 （IDE）为管理和开发项目提供了简单多样化的图形用户界面。用户可以使用 ADS 的 CodeWarrior IDE 为 ARM 和 Thumb 处理器开发用 C、C+或 ARM 汇编语言编写 的程序代码。CodeWarrior IDE 缩短了用户开发项目代码的周期，主要是由于：一是 全面的项目管理功能；二是子函数的代码导航功能，使得用户能迅速找到程序中的 子函数。关于 CodeWarrior 的具体使用将在 1.3.2 中详细介绍。 AXD（ARM eXtended Debugger），即 ARM 扩展调试器。调试器本身是一个软 件，用户通过这个软件使用调试代理可以对包含有调试信息的，正在运行的可执行 精品文库 欢迎下载 代码进行比如变量的查看，断点的控制等调试操作。调试代理既不是被调试的程序， 也不是调试器。在 ARM 体系中，它有这样几种方式：Multi-ICE（Multi-processor in-circuit emulator）、ARMulator 和 Angel。其中 Multi-ICE 是一个独立的产品，是 ARM 公司自己的 JTAG 在线仿真器，不是由 ADS 提供的。AXD 可以在 Windows 和 UNIX 下进行程序的调试，它为用 C、C+和汇编语言编写的源代码提供了一个 全面的 Windows 和 UNIX 环境。1.3.3 中会具体介绍 AXD 工具的使用方法。 3实用程序 ADS 除了提供上述工具外，它还提供以下的实用工具来配合前面介绍的命令行 开发工具的使用。 （1）Flash downloader 是用于把二进制映像文件下载到 ARM 开发板上的 Flash 存储器的工具。 （2）fromELF 是 ARM 映像文件转换工具。该命令将 ELF 格式的文件作为输入 文件，将该格式转换为各种输出格式的文件，包括 plain binary（BIN 格式映像文件） 、Motorola 32-bit S-record format（Motorola 32 位 S 格式映像文件）、Intel Hex 32 format（Intel 32 位格式映像文件）和 Verilog-like hex format（Verilog 十六进制文件） 。fromELF 命令也能够为输入映像文件产生文本信息，例如代码和数据长度。 （3）armar，ARM 库函数生成器将一系列 ELF 格式的目标文件以库函数的形 式集合在一起，用户可以把一个库传递给一个连接器以代替几个 ELF 文件。 4支持的软件 ADS 为用户提供 ARMulator 软件，使用户可以在软件仿真的环境下或者在基