一种基于arm的便携式数据采集与处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数据采集与处理领域，尤其涉及一种基于ARM的便携式数据采集与处理系统，该系统采用结构化、模块化的方案进行系统的软硬件设计，开发了一个集多路数据采集与处理、实时显示和USB通信于一体的便携式数据采集系统。
【背景技术】
[0002]数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存贮、处理以及控制等作业。在智能仪器、信号处理以及工业自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题。将外部世界存在的温度、压力、流量、位移以及角度等模拟量转换为数字信号，收集到计算机并进一步予以处理、显示、传输与记录这一过程，即称为“数据采集”。数据采集技术在雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、震动工程、无损检测、语声处理、智能仪器、工业自动控制以及生物医学工程等领域有着广泛的应用。数据采集技术随着科学技术的发展出现了新的趋势。随着新材料技术的发展，不断有新型的传感器出现，使得传感器向着集成化、智能化方向发展。数据采集系统的一个瓶颈就是数据的通信。但是随着总线技术局发展，这一问题也得到很大程度的缓解。常见的通信方式有VXI总线，PXI总线，串行总线，USB,ISA总线，PCI总线等等。
[0003]目前常用的数据采集方式是A/D卡和422、485等总线板卡，这类方式的数据采集过程必须依赖PC机完成，不便野外应用，而且数据的采集和分析显示往往不能在采集板卡上实现，因此开发能够实现脱离PC机集数据采集、处理、显示于一体的数据采集系统具有重要实际意义。在工业应用中，数据采集系统主要是基于X86和MCU架构的硬件方案，X86是复杂指令结构的CPU，基于X86通用处理器的工业控制计算机系统在功耗和成本上都较难控制，特别是在高端的数据采集领域受到了很大的限制。基于单片机的数据采集系统的主要缺点是处理速度慢、系统资源有限、实时性能较差。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种基于ARM的便携式数据采集与处理系统，该系统采用结构化、模块化的方案进行系统的软硬件设计，开发了一个集多路数据采集与处理、实时显示和USB通信于一体的便携式数据采集系统。
[0005]为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案:
一种基于ARM的便携式数据采集与处理系统，其特征在于，包括嵌入式微处理器、上位机、USB设备接口、DB⑶接口、电源与复位电路、时钟电路、IXD接口、按键处理电路、A/D电路、NAND Flash接口、SDRAM接口和JTAG接口组成；所述的嵌入式微处理器选择Atmel公司的ARM7微控制器AT91SAM7SE256，该嵌入式微处理器作为系统核心器件与上述电路相互相连，通过USB设备接口和DB⑶接口与上位机进行通讯。
[0006]在该基于ARM的便携式数据采集与处理系统中，所述电源与复位电路包括数字电源模块、模拟电源模块和复位电源模块，所述的数字电源模块由凌特公司LT4080型芯片组成，将充电锂离子电池输出的4.2V电压转换成3.3V供CPU、时钟芯片、NAND Flash、SDRAM和DBGU接口芯片等使用；所述的模拟电源模块由XC6351A型电荷泵电压反转器组成，为A/D电路的供电需要模拟电源，将数字电源3.3V通过10uH电感作为电荷泵电压反相器芯片XC6351A120的输入；所述的复位电源模块使用AT91SAM7SE256型复位控制器，能处理系统的所有复位而不需要任何外围器件并给出最近发生的一次复位情况。
[0007]在该基于ARM的便携式数据采集与处理系统中，所述时钟电路由两路时钟输入组成，分别为处理器工作时钟和芯片FM3116时钟，其中处理器工作时钟为18.432M的无源晶体；所述的按键处理电路利用并行输入/输出控制器(P1)Jf I/O 口配置为通用功能I/O线，来实现按键处理电路；所述A/D电路包括输入信号调理电路和模数转换器，所述的输入信号调理电路由运算放大器LTC6915组成，该放大器具有数字可编程增益、零漂移的特点，可通过一个并行或串行接口改变增益；所述模数转换器选用AT91SAM7SE256内置的ADC ;所述NAND Flash接口连接K9F1G08U0M型NAND Flash，该NAND Flash芯片带有硬件数据保护功能，支持上电自动引导；系统使用SDRAMC芯片HY57V561620与微控制器的SDRAM控制相连；系统使用HGO12864A型号的IXD，该IXD是FSTN型串行外设(SPI)串口液晶，集成了背光电路和NT7532液晶控制器，从而简化了外部电路设计和编程设计。
[0008]本发明的有益效果是:
基于AT91SAM7SE256的便携式数据采集与处理系统，能够实时显示关键参数，同时可以USB大容量存储设备的方式来存储、读取原始采集数据。系统的硬件电路设计包括5路模拟量输入通道、电池充电电路、USB大容量存储设备电路、DB⑶串口调试接口、NAND Flash数据存储电路、SDRAM接口、IXD液晶显示等。
[0009]本系统与一般的数据采集系统相比具有3大特点:可以实现数据采集、数据处理和实时显示于一体；支持锂离子电池和外接电源供电；本系统可以作为大容量存储设备，将采集的原始数据通过USB接口导入计算机。
[0010]本发明提出的基于ARM的嵌入式数据采集与处理系统结构清晰、通用性好、可扩展性强，可为各种嵌入式应用提供一套完整的软、硬件解决方案，在工业测量与控制领域具有较为广阔的应用前景。
【附图说明】
以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的解释说明。
[0011]图1是该系统硬件电路功能图；
图2是该系统锂离子电池充电及数字电源电路；
图3是该系统模拟电源电路；
图4是该系统TWI接口的实时时钟电路；
图5是该系统IXD接口电路；
图6是该系统输入信号调理电路；
图7是该系统LTC6915参考电压输出电路；
图8是该系统MAX3232与DB⑶的接口电路；
图9是该系统主程序流程框图；
图10是该系统LCD显示程序层次框图；
图11是该系统按键扫描流程图。
【具体实施方式】
[0012]图1是该系统硬件电路功能图，系统包括AT91SAM7SE256、电源与复位电路、时钟电路、32M的SDRAM同步动态随机存储器、IG的NAND Flash数据存储器构成的一个ARM最小系统和一些基本外设和接口，包括=JTAG接口、DB⑶接口、USB设备接口、IXD接口、按键处理电路和AD电路，，能够实时显示关键参数，同时可以USB大容量存储设备的方式来存储、读取原始采集数据。
[0013]图2是该系统锂离子电池充电及数字电源电路，电路板上有三个电源状态指示灯:充电指示灯、欠电指示灯和3.3V指示灯。在正常情况下，只有3.3V指示灯亮来表明锂离子电池电量充足；当在给锂离子电池充电时，LTC4080的电源为PC机提供的USB电压+5V，LTC4080的充电指示器引脚CHRG下拉，充电指示灯被点亮，当锂离子电池电量充满引脚BAT充电电流减小到全充电电流的10%时，CHRG变成高阻态，充电指示灯被熄灭；电压监控芯片XC61CN3502M通过控制欠电指示灯亮灭状态来表明锂离子电池电量状态。
[0014]图3是该系统模拟电源电路，A/D电路的供电需要模拟电源，数字电源3.3V通过10uH电感作为电荷泵电压反相器芯片XC6351A120的输入，XC6351A是一系列电荷泵电压反转器，内置4个开关M0SFET，外围只需要3个陶瓷电容，就可组成一个正电压输入，负电压输出的高效率、低功耗电压反转器电路。
[0015]图4是该系统TWI接口的实时时钟电路，AT91SAM7SE256的两线接口(TWI)由一根时钟线及一根传输速度达到400Kb/s的数据线组成，以字节为单位进行传输。电源管理控制器向TWI接口提供主