基于ARM9的嵌入式linux移植.doc

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1、目 录摘 要IAbstractII前 言III第1章 绪论11.1 课题背景11.2 目的和意义11.3 解决问题11.3.1 Bootloader的移植11.3.2 Linux内核移植11.3.3 根文件的创建21.4 技术要求2第2章 方法论证32.1 可行性分析32.2 温度传感器的选择32.3 湿度传感器的选择42.4 信号采集通道的选择42.5 编程方案语言选择6第3章 过程论述73.1 信号采集83.1.1 温度传感器83.1.2 湿度传感器113.1.3 多路开关143.2 信号分析与处理153.2.1 A/D转换153.2.2 单片机80C51183.2.3 数据存储器的掉电保

2、护193.2.4 系统时钟的设计193.3 显示与报警的设计203.3.1 显示电路203.3.2 报警电路203.3.3 键盘设计213.3.4 看门狗电路设计213.4 软件设计223.4.1 主程序设计223.4.2 各子模块程序设计243.4.3 温湿度控制软件设计27第4章 结果分析314.1 单元测试314.1.1 LCD显示模块测试314.1.2 采样模块测试324.2 集成测试32结 论33致 谢34参考文献35附录A36附录B40哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文基于ARM9的嵌入式linux移植摘 要操作系统的移植是嵌入式系统开发的重要环节。笔者给出了在基于ARM9 内核的

3、硬件平台上构建一个基本的带有根文件系统的嵌入式Linux系统的过程与方法。首先介绍了基于S3C2410系统硬件结构和Linux内核结构,然后分析了如何将Linux移植到目标板上的方法与步骤,最后建立根文件系统。通过串口、网口或者JTAG口烧至目标板,该系统成本低、工作稳定、通用性强,可用在多种工业场合。设计与实现了Bootloader和Linux在硬件平台上的移植。主要完成的工作包括在开发机上完成创建交叉编译环境和NFS，TFTP服务以及串口通信程序UUCP的配置。同时完成了对Linux2.4.18内核的板级修改移植和文件系统的创建。通过以上步骤，成功实现了Linux在硬件平台S3C2410上

4、的运行。关键词：ARM9 嵌入式linux移植 操作系统移植Based on ARM9 embedded Linux transplantationAbstractThe porting of operating system is the significant segment of Embedded System development.The writer gives out process and means to transform the embedded linux os with root file system into the hardware platform based

5、 on ARM9 core.First of all introduced baseds on S3C2410s system hardware composition and Linuxs crux of a matter composition,afterwards how analysed transplanting Linux up the target plank means together with move, and finally establishs a document system.By means of the stringtrain rim Net rim or J

6、TAGs rim bakes till the target plank,and that system cost is leted drop Work is steadyd The commonality is powerful,usable much kinds of industry situations being living.We design and achieve the porting of Bootloader and Linux on embedded system.The primary job include building the cross compile en

7、vironment,config NFS,TFTP server and UUCP which is a series program.After that,finished poring Linux kernel 2.4.18 in the board and create the file system.After all,we successes running Linux in the S3C2410 chip.Keywords : ARM9 the embedded system linux porting OS porting前 言目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪

8、个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物 等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1. 在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和

9、使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计，示波器，各种分析仪)。2. 在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3. 在家用电器中的应用可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再

10、到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4. 在计算机网络和通信领域中的应用现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。5. 单片机在医用设备领域中的应用单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。6. 在各种大型电器中的模块化应用某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化

11、应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理)，就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM)，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域有十分广泛用途。- IV -哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文第1章 绪论1.1 课题背景在嵌入式开发中，把操作系统移植到开发板是进行嵌入式应用开发的前提和基础。因此有必要针对特定的硬件平台和实际的应

12、用移植操作系统进行研究。笔者选用Linux操作系统,可剪裁性是Linux与嵌入式系统紧密联系的纽带，同时嵌入式系统对成本的严格限制也使得具备开放特征的Linux超越其他诸如Vxwork、pSOS、Neculeus和Windows CE等强劲竞争对手而成为市场占有率第一的嵌入式操作系统。ARM平台是目前Linux内核移植的一个重点。对于初学者三星的S3C2410是个很好的选择。1.2 目的和意义本设计的主要目的在于：培养学生阅读、利用英文文献资料，阅读并翻译外文资料独立完成课题的工作能力、分析问题和解决问题的能力，从文献检索和调查研究中获得知识的能力，以及对书面和口头表达能力进行全面的考核。其次

13、，本设计还将培养开发应用硬件的能力，锻炼结构化、模块化的编程能力，培养设计报告和论文的能力。最终，使综合素质有更深层次的提高，为自己能顺利与社会环境接轨做准备。运用嵌入式系统设计的相关知识完成本课题的设计与实现。本设计注重考查对知识的实践动手能力，以S3C2410为平台，实现Linux2.4.18在其上的成功运行。完成本次设计将有利于提高单独分析问题、解决问题的能力。1.3 解决问题本设计是基于S3C2410的嵌入式Linux移植，主要包括开发环境的建立、Bootloader的移植、Linux内核的移植、根文件的创建。1.3.1 Bootloader的移植Bootloader是在操作系统内核运

14、行之前的一段程序，通过这段小程序初始化硬件设备，建立内存空间的映射表，从而建立适当的系统软硬件环境，为调用操作系统内核做好准备。在项目中采用的Bootloader是开放源代码的U-boot，U-boot支持ARM9 系列处理器，支持NAND Flash和NOR Flash。1.3.2 Linux内核移植Linux内核主要由5个子系统组成：进程调度，内存管理，虚拟文件系统，网络接口，进程间通信，支持X86，ARM等多种体系结构。要让Linux可以在不同的硬件平台运行只需修改与体系结构平台相关的代码即可。内核源码一般在/usr/src/Linux-*目录下。内核源码arch 子目录包括了所有和平台

15、体系结构相关的核心代码，它的每一个子目录都代表所支持的一种体系结构。本项目移植内核版本是Linux-2.4.18。1.3.3 根文件的创建文件系统是LINUX操作系统的重要组成部分，LINUX文件具有强大的功能。文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构，所有LINUX用户和程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。1.4 技术要求实现嵌入式Linux在S3C2410平台上的移植，必须熟悉三星的S3C2410的硬件、嵌入式Linux操作系统、嵌入式Linux在S3C2410移植的相关知识。第2章 方法论证当将单片机用作测控系统时，系统总要

16、有被测信号的输入通道，由计算机拾取必要的输入信息。对于测量系统而言，如何准确获得被测信号是其核心任务；而对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节。传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。2.1 可行性分析本设计实现了大小信号都存在条件下的低成本、高精度要求，具有一定的实用价值，实践表明，整个输出系统使用方便，工作

17、稳定，具有广阔的应用前景，可以广泛应用在工业自动控制、环境监测、建筑工程、科学试验等很多方面。系统进行设计中都是性能优越的芯片，而且无论是软件编程还是硬件搭接方面在技术上都是行得通的。此项目的研发过程无论是从经济角度还是技术可行性上都不存在过多问题，是一个研发价值极高的项目。本系统使用温湿度传感器、D/A转换器、运算放大器、看门狗电路等实现。2.2 温度传感器的选择1. 方案一采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工

18、业性好，电阻率较高。因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测温范围-200650，百度电阻比W(100)=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为(0.15+0.002 |t|)，B级为(0.3+0.005 |t|)。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。2. 方案二采用AD590，它的测温范围在-55+150之间。AS590精度很高，共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，M档在测温范围内非线

19、形误差为0.3。AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。使用可靠。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接口也很简单。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。AD590的测量信号可远传百余米。3. 方案选择综合比较方案一与方案二，方案二中的AD590具有测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，且适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。更为适合于本设

20、计系统对于温度传感器的选择。2.3 湿度传感器的选择测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。1. 方案一采用HOS-201湿敏传感器。HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ1KHZ，测量湿度范围为0100%RH，工作温度范围为050，阻抗在75%RH(25)时为1M。这种传感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，主要用于

21、判断规定值以上或以下的湿度电平。然而，这种传感器只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。2. 方案二采用HS1100/HS1101湿度传感器。HS1100/HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应

22、时间小于5S；温度系数为0.04 pF/。可见精度是较高的。3. 方案选择综合比较方案一与方案二，方案一虽然满足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于一定范围内使用时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。而且还不具备在本设计系统中对温度-3050的要求，而方案二，HS1100/HS1101互换性好，高可靠性，长期稳定性好，响应快。因此，我们选择方案二来作为本设计的湿度传感器。2.4 信号采集通道的选择在本设计系统中，温度输入信号为8路的模拟信号，这就需要多通道结构。1. 方案一方案一是采用多路并行模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：(1) 可以根据各输入量测量的要求选择不同性能档次的器

23、件。总体成本可以作得较低。(2) 硬件复杂，故障率高。(3) 软件简单，各通道可以独立编程。2. 方案二方案二是采用多路分时的模拟量输入通道。这种结构的模拟量通道特点为：(1) 对ADC、S/H要求高。(2) 处理速度慢。(3) 硬件简单，成本低。(4) 软件比较复杂。3. 方案选择综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。信号调理采样/保持器A/D转换器接口信号调理采样/保持器A/D转换器接口信号调理采样/保持器A/D转换器接口CPU图2-1 多路并行模拟量输入通道信号调节信号调节信号

24、调节多路切换器采样保持器A/D转换器接口CPU 图2-2 多路分时的模拟量输入通道2.5 编程方案语言选择C51是面向51系列单片机的C语言编译器，采用C51程序设计语言，编程都只需了解变量和常数的存储类型与51系列单片机存储空间的对应关系，而不必深入了解单片机的硬件和接口，C51编译器会自动完成变量的存储单元的分配。目前，C51语言已成为51系列单片机的主流程序设计语言，所以本设计采用C51编程。第3章 过程论述本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，本设计了以51单片机基本系统为核心的一套检测系统，其中包括A/D转换、单片

25、机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。温度采集、处理模块湿度采集、处理模块CPU看门狗显示模块报警电路键盘模块图3-1 系统总体框图本设计主要有由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。系统总体框图见图3-1。信号采集由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成； 信号分析由A/D转换器MC14433、单片机80C51基本系统组成；信号处理由串行口LCD显示器和报警系统等组成。温度检测电路如图3-2所示，湿度检测电路如图3-3所示。AD590_1AD590_2AD590_84051MC14433CPU图3-2 温度采集、处理模块Hs1100H

26、s1100Hs11005555555554051CPU图3-3 湿度采集、处理模块3.1 信号采集3.1.1 温度传感器集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。1. 主要特性AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值，根据特性分档，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示，M档为精度最高档，I档为精度最低档。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图3-4所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图3-4所示。图3-4 AD590外形(左)及

27、电路符号(右)(1) 流过器件的电流(A)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数，即：I T/T=1A /K (3-1)见(3-1)式中：IT 流过器件(AD590)的电流，单位A。T热力学温度，单位K。(2) AD590的测温范围-55+150。(3) AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化，电流IT变化1A，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会损坏。(4) 输出电阻为710M。(5) 精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线形误差0.3。2. AD59

28、0的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个1k的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。其核心电路如图3-5所示。电源RRLI1I2T1T2T4T3图3-5 AD590内部核心电路如图3-5是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串

29、联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为：I1UBE/R(KT/q)(lnn)/R (3-2)对于AD590，n8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。如图3-5中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1A/K的I值。V+R1R2T1T2T5T3T4C1T8T12T6T7T11T9R5R3图3-6 AD590内部电路如图3-6所示是AD590的内部电路，图中的T1T4相当于如图3-5中的T1、T2，而T9，

30、T11相当于如图3-5中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接防式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的1/3。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻

31、R5和R6上，因此可以写出：UBE(R62 R5)I/3 (3-3)R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的2/3。根据上式不难看出，要想改变UBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使UBE减小，不过，改变R5对UBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250之下使总电流I达到1A/K。3. 基本应用电路如图3-7是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电

32、阻R1和电位器R2的电阻之和为1k时，输出电压V0随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电路进行调整，调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使V0=273.2+25=298.2(mV)。但这样调整只保证在0或25附近有较高的精度。 图3-7 AD590应用电路4. 摄氏温度测量电路如图3-7所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下：在0时调整R2，使输出V0=0，然后在100时调整R4使V0=100mV。如此反复调整多次，直至0时，V0=0mV，100时V0=100mV为止。最后在室温下进行校验。

33、例如，若室温为25，那么V0应为25mV。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。5. 多路检测信号的实现本设计系统为八路的温度信号采集，而MC14433仅为一路输入，故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口电路只需分别将8个AD590应用电路中Vo连接到CD4051芯片上S0S8引脚上。3.1.2 湿度传感器测量空气湿度的方式很多，其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化，间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。HS1100/HS

34、1101的特点：不需校准的完全互换性，高可靠性和长期稳定性，快速响应时间，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。如图3-8a为湿敏电容工作的温、湿度范围。如图3-8b为湿度-电容响应曲线。 图3-8a 湿敏电容工作的温、湿度范围 图3-8b 湿度-电容响应曲线相对湿度在1%-100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于2%RH；响应时间小于5S；温度系数为0.04pF/。可见精度是较高的。2. 湿度测量电路HS1100/HS1101电容传

35、感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为单片机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。频率输出的555测量振荡电路如图3-9所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C，构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路，并将引脚2、6端相连引入到片内比较器，便成为一个典型的多谐振

36、荡器，即方波发生器。另外，R3是防止输出短路的保护电阻，R1用于平衡湿度系数。ResetOutputVccTriggerControl volGNDDischargeThreshold48376125Hs1100555R1R4R2R3图3-9 频率输出的555振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下：首先电源Vs通过R4、R2向C充电，经t充电时间后，Uc达到芯片内比较器的高触发电平，约0.67Vs，此时输出引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经t放电时间后，Uc下降到比较器的低触发电平，约0.33Vs。此时输出，此时输出引脚3端又由低电平突降为高电平，如此翻来覆去，形成方波输出

37、。其中，充放电时间为：t充电=C(R4+R2)Ln2 (3-4)t放电=CR2 Ln2 (3-5)因而，输出的方波频率为：f=1/(t放电+t充电)=1/C(R4+R2)Ln2 (3-6)可见，空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号，表3-1给出了其中的一组典型测试值。表3-1 空气湿度与电压频率的典型值湿度(%RH)频率(HZ)湿度(%RH)频率(HZ)0731560660010722470646820710080633030697690616840685310060335067283. 多路检测信号的实现本设计系统为八路的湿度信号采集，故采用CD4051组成多路分时的模拟量

38、信号采集电路，其硬件接口如图3-10所示：ResetOutputVccTriggerControl volGNDDischargeThreshold48376125Hs1100CD4051S0S8图3-10 八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口3.1.3 多路开关多路开关，又称“多路模拟转换器”。多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输出端，并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现由n线到一线的接通功能。反之，当模拟信号有公共输出端输入时，作为信号分离器，实现了1线到n线的分离功能。因此，多路开关通常是一种具有双向能力的器件。在本设计中，由于采用了温湿

39、度双量控制，所以在信号采集中将有两个模拟量被提取，这时选用多路开关就是很必要的。我选用的是CD4051多路开关，它是一种单片、CMOS、8通道开关。该芯片由DTL/TTL-CMOS电平转换器，带有禁止端的8选1译码器输入，分别加上控制的8个CMOS模拟开关TG组成。CD4051的内部原理框图如图3-11所示。图3-11 CD4051的内部原理框图图中功能如下：通道线IN/OUT(4、2、5、1、12、15、14、13)：该组引脚作为输入时，可实现8选1功能，作为输出时，可实现1分8功能。XCOM(3)：该引脚作为输出时，则为公共输出端；作为输入时，则为输入端。A、B、C(11、10、9)：地址

40、引脚INH(6)：禁止输入引脚。若INH为高电平，则为禁止各通道和输出端OUT/IN接至；若INH为低电平，则允许各通道按表3-2关系和输出段OUT/IN接通。VDD(16)和VSS(8)：VDD为正电源输入端，极限值为17V；VSS为负电源输入端，极限值为-17V。VGG(7)：电平转换器电源，通常接+5V或-5V。CD4051作为8选1功能时，若A、B、C均为逻辑“0”(INH=0)，则地址码00013经译码后使输出端OUT/IN和通道0接通。其它情况下，输出端OUT/IN输出端OUT/IN和各通道的接通关系如表3-2所示：表3-2 4051状态位与通道对应表输入状态接通通道输入状态接通通

41、道INHCBAINHCBA000000101500011011060010201117001131xxx均不显示010043.2 信号分析与处理3.2.1 A/D转换1. A/D转换器的特点为了把温度、湿度检测电路测出的模拟信号转换成数字量送CPU处理，本系统选用了双积分A/D转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。由于MC14433只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，故选用多路选择电子开关，可输入多路模拟量。MC14433 A/D转换器由于双积分方法二次积分时间比较长，所以A/D转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较

42、好。目前，国内外双积分A/D转换器集成电路芯片很多，大部分是用于数字测量仪器上。常用的有3.5位双积分A/D装换器MC14433和4.5位双积分A/D转换器ICL7135MC14433A/D转换器件简介MC14433是三位半双积分型的A/D转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，其缺点是转换速率低，约110次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，可以互换。MC14433A/D转换器的被转换电压量程为199.9mV或1.999V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出(最高位输出内容特殊，详见表3-3)。

43、多路选择开关Q0Q3DS1DS4锁存器个位十位百位千位极性判别时钟控制电路CMOS线性电路VRVAGVX溢出OR过量程图3-12 MC14433A/D转换器的内部逻辑框图MC14433的框图(图3-12)和引脚功能说明各引脚的功能如下：电源及共地端VDD：主工作电源+5V。VEE：模拟部分的负电源端，接-5V。VAG：模拟地端。VSS：数字地端。VR：基准电压。外界电阻及电容端：RI：积分电阻输入端，VX=2V时，R1=470；VX=200Mv时，R1=27K。C1：积分电容输入端。C1 一般为0.1F。C01、C02：外界补偿电容端，电容取值约0.1F。R1/C1：R1与C1的公共端。CLK

44、I、CLKO：外界振荡器时钟调节电阻Rc，Rc一般取470K左右。转换启动/结束信号端EOC：转换结束信号输出端，正脉冲有效。DU：启动新的转换，若DU与EOC相连，每当A/D转换结束后，自动启动新的转换。过量程信号输出端/OR：当|Vx|VR，过量程/OR输出低电平。位选通控制线DS4-DS1：选择个、十、百、千位，正脉冲有效。DS1对应千位，DS4对应个位。每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。BCD码输出线：Q0-Q3：BCD码输出线。其中Q0为最低位，Q3为最高位。当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在DS1选通期间，输出端Q0-Q3 除了表示个位的0或1外，还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程其含意见表3-3：表3-3 DS1选通时Q3Q0表示的结果Q3Q2Q1Q0表示结果10千位为000千位为11