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基于ARM微处理器的数据采集系统 摘要：本文介绍了一种基于ARM微处理器的数据采集系统，利用基于ARM9的 32 位高端嵌入式微处理器S3C241O和嵌入式操作系统Linux来改进目前的测控设备，使其具有更强大的运算能力、更方便的网络功能、更先进的远程监控功能。重点介绍了系统的硬件设计、嵌入式操作系统Linux内核的移植过程。 关键字：嵌入式系统；Linux；数据采集 简介 目前，常用的数据采集装置，系统硬件多采用单片机进行控制，软件多采用单任务顺序机制，这样系统不仅处理能力有限，而且存在系统安全性差的问题。ARM技术是嵌人式系统方面的主流技术，其应用领域也越来越广泛.目前市场上的 ARM芯片速度可达几百兆，以此为主控芯片可实现高速、高精度且具有一定处理能力的数据采集处理系统。Linux 是一种开放源码的操作系统，易于定制裁减，它不仅支持 x86CPU，还可以支持其它数十种CPU芯片。本系统采用嵌人式ARM9主板，结合Linux操作系统来实现其功能，能够满足系统的设计要求。 系统工作原理 系统的结构框图如图1所示，核心处理模块主要采用嵌人式ARM9主板，另外辅助设计了 CPLD 模块和数据采集模块，并扩展了设备型USB接口，网络接口是ARM9主板自带的。系统工作过程:传感器信号经多路模拟开关分时切换进入A/D 转换器，通过微处理器 S3C241O的触发，在 CPLD 器件的控制下，进人 n个通道的一次循环采样，并将采样数据依顺序写人FIFO器件，微处理器 S3C241O在每个采样结束后直接从 FIFO 芯片中读出数据进行分析，也可通过网络接口和 USB 接口把数据上传给PC机进行分析。该多通道采集系统的设计核心就是在微处理器 S3C24 1O产生中断时，从 FIFO 芯片中读人采样数据后，复位 FIFO 器件，触发CPLD进行硬件时序控制采样，整个采样过程不需要微处理器 S3C24 10的参与。 图1 系统结构框图 微处理器模块 微处理器模块采用104 - 5521 CLDNA 嵌入式 ARM9 主板，该主板是一款性能卓越、高度集成的嵌入式低功耗智能平台，可广泛应用在医疗、智能仪器、工业控制、博彩业以及消费类电子行业等多个领域，是嵌入式产品尤其是多串口应用场合首选的核心处理平台。板上采用的处理器芯片S3C2410 是基于ARM920T 处理器核，采用0.18μm制造工艺的 32 位微控制器，采用五级流水线和哈佛结构，最高运行频率为203 MHz; 系统 Flash 为 64 MB NAND Flash ，存储器为64 MB SDRAM;采用单 +5 V 电源供电。 本系统采用该主板不仅可以减少硬件设计和软件开发的难度，而且可以提高系统的稳定性.板上ARM 处理器通过底层驱动，控制 CPLD 产生各种控制信号，从而实现对各模块的控制。 数据采集模块 数据采集是监控设备运行状况必不可少的重要环节，能够将模拟量转换成数字量并且输入到CPU ，这也是数据采集系统的基本功能。目前本数据采集模块只有8个模拟量输入通道，以后根据需要，可以进一步扩展出多路的数字量输入通道。系统采集模块主要由多路模拟开关 CD4051、仪器放大器 AD620 和 AD678 组成，其原理如图2所示. CD4051 是一个8 路的多路模拟开关; AD620 是一个高精度的仪器放大器; AD678 是一个高档、多功能的A/D 转换器，内部含有采样/保持器、高精度基准电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件，因此，它只需很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统，一次A/D 转换仅需要 5us，提供了相当强的功能AD678 的D4 – D11 管脚直接与双端口存储器 LH5496 的数据输人端D0-D7相连，进行数据采集时，微处理器 S3C2410触发 CPLD 芯片X95108 进入第一通道的采样逻辑，然后启动 AD678 进行转换，转换后的数据在 CPLD 芯片 X95108 发出的写信号/WR 控制下直接写人 LH5496 中，最后当微处理器产生中断时，在读信号/RD 控制下，由 ARM 微处理器 S3C241O从 LH5496 中读取数据。 图2 数据采集原理图 CPLD 模块 CPLD 模块采用 XILINX 公司生产的 CPLD 芯片 X95108 ，它是 X9500 系列芯片，是一种 ISP (在系统可编程)芯片.该芯片工作时钟 125 MHz ，具有108个宏单元和 2400个逻辑门，每个宏单元可工作在省电模式，最多 108个用户I/O 引脚，采用 ISP 系统可编程技术，可编程 10000 次以上，支持扩展 IEEE 1149. 1 边界扫描协议(JTAG) , I/O缓冲器可兼容 5V TTL 电平、5 V CMOS 电平、3.3 V及