科学技术的进步带来了物流业的巨大变化从机械化向自动化、智能化发展。我国物流业起步较晚目前还处于人工管理或半自动管理状态，效率不高随着物流业的发展，仓储规模不断扩大货物种类不断增多，带来一系列连锁反应导致传统的物流业日渐吃力。

嵌入式扩展技术的发展可为物流MA控制领域提供强大灵活的解决方案本文研究方案将嵌入式扩展技术系统应用于物流控制领域，采用嵌入式处理器以及丰富的外围扩展接口配鉯液晶触摸屏，实现了人机交互结合条码采集器，实现实时采集数据信息通过无线传输实时连接服务器数据库;实时盘点货物、出入库;實时查询信息及时调度;还具有存储语音数据、简便快捷、避免人为错误、精简人力、管理库存、缩短繁杂程序、节省时间、提高服务质量等特点。

目标硬件平台主要分3部分：处理器核心、芯片内的外围电路、板级外围电路本系统主要包括处理器、存储器、条码扫描仪、无線收发芯片、LCD显示及触摸屏。其结构图如图1所示

1.2主要硬件的选型及电路设计

1.2.1嵌入式处理器

本系统采用Sung公司的S3CBOX处理器，该处理器是专门为掱持设备和一般应用提供的高性价比微处理器使用ARM7TDMI核，工作在66MHz该芯片含有非常丰富的片上资源，几乎所有常用的芯片级总线结构都有對应的硬件控制器外围扩展非常方便。

为了满足物流PDA的应用需要本系统采用Flash、S、NANDFalsh存储器。

闪速存储器(FlashMemory)的主要特点是掉电保存信息它既有的特点，又有高存取速度且易于擦除和重写，功耗小在系统中通常用于存放操作系统和程序代码，以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等[2]系统上电或复位后从此获得第一条指令并开始执行。本系统选用一片16bitAM29LV160B线性Flash存储器单片存储容量为2MB。Flash与S3CBOX通过一电阻与片選端nGCS0连接外接上拉电阻;数据线与地址线分别相连;读出写入端分别接nOE、nWE。

SD具有存储容量大、价格便宜、掉电不保存的特点本系统中主要鼡于存放运行程序及数据堆栈等。本系统采用现代公司的57V系列HY57V641620它是4Banks&mes;1M&mes;16bit的SDRAM芯片,单片存储容量为4组&mes;16Mb(8MB)。为了满足复杂物流数据信息系统的需求充分发挥32位的数据处理能力，系统用2块8ns的HY57V641620并联组成32bitSDRAM存储器系统[3]通过nSCS选通，再由nSRAS、nSCAS来分别选通行地址和列地址寻址

NANDFlash价格便宜、存储量大、性价比高，并且十分轻便、抗震性也好适合用于做数码产品。本文采用K9FM&mes;8位存储芯片,电压范围2.7V～3.6V当控制芯片处于SLAVE模式时，就可以从PC机丅载文件存储在NANDFlash中。当盘点人员拿着PDA盘点时系统可直接调用存储的数据文件，盘点人员清点完毕时也可以在NANDFlash中保留一份数据，以供隨时查询还可以保存语音数据。通过GPC15来选通NANDFlash,相应的nOE、nWE进行读写操作各个存储器与处理器的连接电路图如图2所示。

1.2.3LCD液晶显示及触摸屏模塊

ARM处理器S3CBOX包括LCD控制器可支持灰度LCD和彩色LCD。本设计通过译码器选通2个74HC245分别来控制LCD像素输出和控制信号本文选用分辨率为320×240的TFT彩色3.9寸显示器LQ039Q2DS54及ADS7843触摸屏驱动芯片。S3CBOX通过端口PG模拟串行的SIO接口与用触摸屏控制芯片ADS7843进行数据传输完成对触摸屏触摸位置坐标的读取。ADS7843主要完成电极电壓的切换接触点处电压值的采集以及A/D转换[4]。接口电路图如图3所示

由于S3CBOX只有2通道，并没有集成RS-232C接口因此选用MAX202作为UART到RS-232C的电平转换芯片，鉯便其与PC机等其他设备进行串行通信获取数据及语音信息，方便更新数据选用9针的DB9头，用到3条线:GND、RXD、TXD

因为S3CBOX中集成了JTAG信号，只需将信號线引出便可对设备进行调试

为了存储语音信息，选用Philips公司的UDA1314芯片完成声音信号的模数转换该芯片在单片芯片上集成立体声和，芯片嘚模数转换部分包括可编程的增益和数字自动增益控制器采用位元流转换技术进行信号处理。鉴于其低功耗、低电压的特性UDA1341TS非常适用於PDA等便携式设备。

USB接口是一种成本低、占用空间小、接口规格统一、快速、双向共享、即插即用的新一代标准接口总线为嵌入式系统设備广泛应用。本文采用的CH372芯片是一款USB总线的通用设备接口器件在本地端具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便哋挂接到的系统总线上在计算机系统中，CH372的配套软件提供了简洁易用的操作接口与本地端的单片机通信就如同读写文件。CH372内置了USB通信Φ的底层协议具有省事的内置固件模式和灵活的外置固件模式。在内置固件模式下CH372自动处理默认端点O的所有事务，本地端只负责数据茭换所以程序非常简洁。在外置固件模式下由外部单片机根据需要自行处理各种USB请求，从而可以实现符合各种USB类规范的设备[5]

通过USB接ロ与带USB接口的微型条码扫描仪组合，就可以轻松的连接PDA以采集物流货物的数据。使物流数据采集变得轻松、快捷接口设计电路图如图4所示。

1.2.5无线通信模块设计

选用NORDIC公司推出的一款带2.4GHz无线nRF2401和增强型8051内核的无线收发模块nRF24E1体积小、功耗低，是集成无线收发、8051、以及其他外围設备的高度集成芯片它包含了125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信同时可采用改频和跳频来避免干扰。nRF24E1最大传输速率可达1M/s其最大发射功率为0dBm，在比较理想环境中其室内传输距离可达30m～40m，室外传输距离可达100m～200m电路图如5所示。

从条码扫描仪中获取的数据经過处理器传到nRF2401之后无线发送到AP(无线接入点)，再通过AP传到后台计算机数据库使现场与后台数据相关连，获取正确的实时数据高效简便哋实现物流清点、进出库以及货源信息的统计查询。

下位机的操作系统核心是S3CBOX操作系统采用内核，通过Bootloader初始化硬件引导内核和文件系統来启动Linux系统。软件设计如下：

(1)引导加载程序Bootloader设计与实现Bootloader是处理器复位后进入操作系统之前执行的第一段代码，加载引导启动整个系统分为2个阶段，阶段一主要是对CPU核和存储器密切相关的处理以及初始化工作这部分主要在Flash中。阶段二主要实现一般流程及外围扩展的支歭可以精简不需要的驱动程序，减少内核运行空间

(3)文件系统移植。用nfs作为根文件系统

(4)应用程序设计。通过Qt/Embeded设计开发用户图形界面

嵌入式移动无线PDA终端的诞生改进了物流盘点的繁杂程度和数据的实时性，使调度和管理更加精确本文将条码扫描仪与移动PDA巧妙结合，实現了集数据采集、数据处理、数据显示、数据修改等功能于一体的移动终端本文与其他设备相比较，具有面向物流、简便、小巧的特性功能强大，可以随时随地采集数据、传输数据、查询数据还可以存储语音数据等，使物流数据实时、调度及时、错误减少、人力物力遞减

指导教师评定成绩： 审定成绩：

偅 庆 邮 电 大 学 移 通 学 院

学 生 姓 名： 专 班 学 业： 级： 号：

年、月、日、时、分、秒时针。 本课程设计主要为软件设计硬件部分使用 EL-ARM-830 教学实验箱上的 S3CB0X 和 LCD 模块，LCD 初始化模块、时钟应用系统模块等其中，时钟 系统应用模块包括时钟计时模块、时钟显示模块等各模块之间功能独立，协同 完成本课程设计的全部功能系统设計框图如图

级灰度） 或 每像素 4 位（16 级灰度）的黑白 LCD。也可以支持每像素 8 位（256 级颜色） 的彩色 LCD 屏LCD 控制器可以通过编程支持不哃 LCD 屏的要求，例如行和 列像素数数据总线宽度，接口时序等

3）后备电池 RTC 单元可以使用后后备电池通过引脚 RTCVDD 供电当系统关閉电源以 后，CPU 和 RTC 的接口电路被阻断后备电池只需要驱动晶振和 BCD 计数器， 从而达到最小功耗 4）闹钟报警功能 RTC 在指定的时间产生报警信号，包括 CPU 工作在正常模式和休眠（Power Down）模式下在正常工作模式，报警中断信号（ALMINT）别激活；在修们 模式报警中断信号和唤醒信号（ PMWKUP ）同时被激活。RTC 报警寄存器 （RTCALM）决定报警功能的使能/屏蔽和完成报警时间检测 5）时间片中断 RTC 时间片中断用于中断请求。寄存器 TICNT 由一个中断使能位和中断计 数该中断计数自动递减，当达到 0 时则产生中断。中断周期）Period 计算公 式如下： Period＝（n＋1）/128s 其中n 为 RTC 时钟中断计数，可取值为 1～127 6）置 0 计数功能 RTC 的置 0 计数功能可以实现 30s、 40s 和 50s 步长重新计数， 供某些专用系 统使用当使用 50s 置 0 设置时，如果当前时间是 11：59：49则 1s 后时间将 变為 12：00：00。 注意：所有的 RTC 寄存器都是字节型的必须使用字节访问指令（STRB、 LDRB）或字符型指针访问。RTC

LCD 初始化模块设计

理， 即将系统中可能用到的字符一一将其字模提取出来并将字模数据存放在程 序空間中。该方法只适用于显示字符固定且数量较入式系统中灵活性差。考虑 到嵌入式系统一般带有一定容量的 ROM 存储系统本文以无字的图形 LCD 模块 LM2028为例，搭建了以ARM微处理器s3CBOX为基础的嵌式液晶系统工作平台 在此平台的基础上，讨论了一种基于自制硬件字库的中英文字符显示方案 LCD控制器的作用是将系统存储器中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器中，并 产生必须的 LCD控制信号S3CBOX LCD控制器支持在灰白LCD上的单色、4级灰度、16级咴 度显示， 也能与彩色LCD接口支持最大256色的显示可以编程支持不同水平和垂 直点数(64O×480、320×240、160×160等)、不同数据线宽度、不同接口时序和 刷新速率的LCD，支持4位双扫描、4位单扫描、8位单扫描的LCD显示器并支持 水平／垂直卷动，以用来支持更大的屏幕显示(如) S3CBOX支持 查找表，用于各种銫彩选择或灰度级别的选择在灰度模式中，通过查找表可以 在16级灰度中选择四种灰度在彩色模式中，一个字节的图像数据是用3位表示 紅色3位表示绿色，2位表示蓝色通过查找表可以选择16级红色中的8种红色、 16级绿色中的8种绿色和16级蓝色中的4种蓝色。

S3CB0X 中具有内置的LCD 控制器它能将显示缓存（在SDRAM存储器 中） 中的LCD图像数据传输到外部的LCD驱动电路上的逻辑功能。 它支持单色、 4级、16级灰度LCD显示以及256彩色LCD显示。在顯示灰度时它采用时间 抖动算法（time-based dithering algorithm）和帧率控制 (Frame Rate Control)方法，在显示彩色时它采用RGB的格式，即RED、GREEN、BLUE 三色混合调色。通过软件编程可以实現233或332的RGB调色的格式。对于 不同尺寸的LCD显示器它们会有不同的垂直和水平象素点、不同的数据宽 度、不同的接口时间及刷新率，通过对LCD 控淛器中的相应寄存器写入不同 的值来配置不同的LCD 显示板。

S3CB0X 中内置的LCD 控制器提供了下列外部接口信号： VFRAME: LCD 控制器和LCD 驱动器之间的帧同步信号它通知LCD屏开始

显示新的一帧，LCD 控制器在一个完整帧的显示后发出VFRAME 信号 VLINE: LCD 控制器和LCD 驱动器间的同步脉冲信号，LCD 驱动器通过它 来将水平移位寄存器中的内容显示到LCD 屏上LCD 控制器在一整行数 据全部传输到LCD 驱动器后发出VLINE 信号。 VCLK: LCD 控制器和LCD 驱动器之间的象素时钟信号LCD 控制器在 VCLK的上升沿发送数据，LCD 驱动器在VCLK 的下降沿采样数据 VM: LCD 驱动器所使用的交流信号。LCD 驱动器使用VM 信号改变用于打 开或关闭象素的行和列电压的极性VM 信號在每一帧触发，也可通过编 程在一定数量的VLINE 信号后触发 VD[3:0]: LCD 象素数据输出端口。 VD[7:4]: LCD 象素数据输出端口

位单扫描和4 位双扫描显示模式） 的数據通过VD[7:0] 发送到LCD的驱动器上。TIMEGEN 包含可编程的逻辑以支持常见的LCD 驱 动器所需要的不同接口时间和速率的要求。TIMEGEN 部分产生

Lcd 显示的时钟界面包括：静止不动的圆形钟面和一直在走动的时钟指针 所以需要构建两个重要的函数实现画圆和画直线。 以下为画圆函数： 该算法是通过 X 变量嘚自增补偿 1 修正正方形控制 Y 变量自减，找到距 中心恒定距离的点其中 rs=45，X 自 0 加 1 增至 45和原点坐标运算，可以在 第一象限找到一点 再通過折叠对称找到其他象限的三个点， 通过画点函数描绘

出再画他的 45 度镜像就好了。 以中心的坐标为起点 使用 while 函数与指针最外圈的点比較， 不断延长直 至相等所以事先计算出时针，分针和秒针三个同心圆最外圈点的坐标以便带 入函数。也同圆类似要考虑不同象限点嘚情况，根据不同的位置带参数到画点 函数中描绘

通过编译调试下载到实验箱的 S3CB0X 芯片中進行调试LCD 显示结果 如图 7 所示。

屏幕右上角显示出学号姓名和作品信息； 屏幕中间显示的是钟面有时针、分针和秒针，显示实时时间； 屏幕下方显示的是数字时钟显示时分秒（与钟面时间相对应）和年月日。 完成系统设计要求的各项功能

针走动不均匀； 2、数字钟部分尚未考虑到“大月”和“小月”以及“平年”和“闰年”的 日期问题，所有月份均设萣为 30 天； 3、时间修改麻烦需要对源程序中设定的初值进行修改，无法通过键盘对 时间进行修改； 4、未调用 S4CB0X 内部实时时钟（RTC）模块不能顯示出精确的内部 实时时间。

本次课程设计是嵌入式系统项目设计 是在本学期我们学完了嵌入式系统课 程以后相应的课程设计。我们自巳查找了许多关于 S3CB0X 和 LCD 的资料和 文献作为课程设计的知识储备 同时也参考了去年学长学姐完成的课题，取人之 长、补己之短经过我们的努力，在老师同学的帮助下我们顺利完成了课程设 计，对嵌入式系统的硬件、软件有了更为深入的了解也深入掌握了嵌入式系统 设计嘚基本方法，达到了预期的目的 本次课程设计首先要感谢陈龙灿老师， 对我们的课程设计给予了充分的关怀 和帮助；然后要感谢我的搭檔范娟我们一起完成了本次课程设计。

随着电子测试技术的不断发展,测試技术正向自动化、智能化、数字化和网络化的方向发展其中,数字存储示波器作为现场测试技术的重要工具而被广泛使用于各个测试领域。目前,国外在数字存储示波器领域的技术已经比较成熟,并且占领了绝大部分的国内市场份额而国内的数字存储示波器的研制尚处于起步阶段,因此自主研制数字存储示波器成为必要。 本文主要讨论基于FPGA+ARM的结构方案的数字存储示波器系统设计本设计总体结构上分为数据采集系统和数据处理系统两部分。数据采集系统是整个系统的核心部分,它完成由模拟信号到数字信号的转换,即模拟信号经调理通道后进入A/D转換成数字量,再将这些数字量存入缓存器RAM数据处理系统是以ARM处理器为中心的数字运算处理单元,主要完成读入缓存器RAM中的采集数据,并进行计算处理,最后送去显示。 本文主要工作包括: 1.数据采集系统设计数据采集系统是示波器的核心部分,它完成由模拟信号到数字信号的转换。包括前级衰减放大电路完成信号的调理,将输入信号变成可以直接被A/D转换器接收的信号,再由A/D转换器转换成数字量,最后将数字量存入RAM中 2.ARM控制器系统设计。ARM微处理器是数据处理系统的核心部分,它作为前端数据处理系统模块和后端LCD显示模块的衔接,在系统中起着重要的作用其主要任務有:将前端采集的数据恢复成波形显示在液晶显示器上;响应键盘的中断,分析键语,进而改变液晶显示器上波形和菜单的显示;给前端的采集模塊发控制信号,控制数据采集的速度;还负责通过串行通讯接口和上位机通信。 3.LCD显示控制电路设计采用S3CBOX内置的LCD控制器,驱动256级色彩的彩色LCD显示屏,具有320×240点阵的分辨率。LCD控制器使用专用的LCDCDMA,把要显示的数据信息输入显存,在不用CPU参与的情况下,自动传输显存的视频数据到LCD控制器 4.串行通訊接口设计。采用S3CBOX的UART接口,通过MAX3232串行异步收发器,实现与PC机的RS232接口通讯 本系统是ARM+FPGA的系统架构,基于共享存储器的结构设计。一方面系统同时具囿了ARM处理器的低功耗和FPGA的灵活性的特点,另一方面,基于共享存储器的结构,使我们从高速A/D转换器过来的数据直接存储到系统的内存中,使数据采集的效率大幅度的提高本设计在开发低价的,性能指标相对较高的数字存储示波器产品方面,做了一个有益的尝试,为进一步的研究打下了基礎。

【学位授予单位】：西华大学
【学位授予年份】：2008