毕业论文--基于飞思卡尔cortexm0+微控制器的计步器设计.doc

目 次 1 概述 1 1.1 背景与意义 1 1.2 国内外发展现状 1 1.3 课题介绍 2 2 课题方案论证 3 2.1 总体设计框图 3 2.2 功能描述 3 2.3 微控制器的选择 4 2.4 传感器的选择 6 2.5 显示器的选择 7 2.6 输入设备的选择 8 2.7 存储器的选择 10 2.8 电源的选择 10 2.9 关键指标 10 2.10 可行性分析 11 3 系统硬件设计 15 3.1 硬件整体设计 15 3.2 各模块设计与分析 16 3.3 小结 22 4 系统软件设计 24 4.1 软件整体设计 24 4.2 各模块设计与分析 25 4.3 小结 34 5 系统测试 36 5.1 滤波性能测试 36 5.2 计步器准确度测试 37 5.3 功耗测试 38 5.4 小结 38 总 结 39 致 谢 40 参 考 文 献 41 附录A 计步器原理图图纸 42 附录B 计步器部分程序 44 概述 背景与意义 随着生活水平的提高，人们越来越注重自己的身体健康。与此同时，科学技术的迅猛发展也催生了“可穿戴健康跟踪设备”的问世。研究如何通过“便携式×48分辨率的液晶屏作为显示器；在输入设备中，我们采用MKL25Z内置的TSI模块设计了5个电容触摸按键作为输入按键。 课题方案论证 总体设计框图 系统总体设计框图如图2.1所示。 图2.1 系统总体设计框图 功能描述 本设计利用三轴加速度传感器获取佩戴者运动时身体在三个轴的加速度分量，通过滤波算法和计步算法分析获取步数，配合佩戴者的身高、体重、步距等信息，换算得到行走距离和消耗的能量，并将相关信息显示在液晶屏上。利用本设计的电容触摸按键可快捷地控制屏幕显示相应信息。温湿度传感器采集到环境的温湿度参数后也可将环境的温湿度变化显示在液晶屏上。当佩戴者的特征信息和运动数据确定后，通过电容触摸按键的相关操作将其储存到微控制器的内部Flash中，保证信息在系统掉电后不丢失。用户也可以通过USB数据线将计步器连接至电脑终端，将记录的信息上传至上位机显示。 此外，在开发调试阶段，为实现对计步器的远程监控，本设计又另外增加了无线模块，将佩戴者X、Y、Z三个方向的加速度分量实时传送至上位机显示，可视化效果明显。为配合上述功能，本设计运用C#语言编写了一个计步器专用的上位机软件。 微控制器的选择 方案一：采用8位微控制器 8位微控制器的典型代表是8051微控制器。8051微控制器是一款入门级微控制器，它内核简易，应用广泛，资料齐全，非常适合入门学习。同时它的价格低廉，是一款适用于追求低成本，不追求实时性的电子产品。在我国很长一段时间内，8051微控制器占据了小型家电市场，其中的原因正是超低的成本。 方案二：采用16位微控制器 MSP430微控制器是一款以低功耗闻名的16位微控制器，有许多低功耗的工作模式，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式，高效率的查表处理指令。这些特点都保证了用它可以编写出高效率的源程序。 方案三：采用32位微控制器 Cortex-M0+内核基于ARMv6架构，支持Thumb/Thumb-2子集ISA，单核心，采用低成本的90nmLP工艺制造，核心面积仅0.04mm2，每MHz单位频率消耗的电流、功耗分别有9μA、11μW，是现今其它8/16位微控制器的大约三分之一，而性能上又比它们高出很多。 飞思卡尔的Kinetis L系列微控制器基于ARM Cortex-M0+内核，是目前市场上能效极高的32位微控制器，每微安数据吞吐量居业内领先水平；超低功耗模式多种灵活的功率模式，适合不同的应用情形，可最大限度延长电池寿命；多种技术优化功耗，包括90nm薄膜存储(TFS)技术、时钟和电源门控技术，以及带有位处理引擎、外围交叉桥和零等待闪存控制器的高效平台等；深度睡眠模式下，可在不唤醒内核的情况下进行智能决策并处理数据。 方案对比 为选择一款最适合本课题的微控制器，我们列出了上述三种方案的微控制器特性对比表，如表2.1和表2.2所示。 表2.1 微控制器特性对比表1 类型 8位微控制器 16位微控制器 32位微控制器 代表系列 8051系列微控制器 MSP430系列微控制器 ARM公司的Cortex系列微控制器属于ARMv7指令集构架，其中有：“A”系列；“R”系列；“M”系列。 Cortex-A系列 Cortex-R系列 Cortex-M系列 设计方向 面向实时性要求不高的场合 面向低功耗应用 面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用 面向实时应用和实时系统 面向微控制器应用的成本敏感型解决方案 应用 广泛应用于工业测控系统之中 广泛应用于手持式产品,远程抄表等低