第一篇：系統設計總結報告

系統設計總結報告

一、團隊分工合作及管理心得體會

單片機課程是分小組進行的，這要求每個組員都要有明確的分工和積極的團隊精神。我們小組由三個人組成，在單片機課程的學習和開發過程中我們深有體會。

1、小組成員分工要明確細致，這有利于提高學習效率，加快產品開發的進度。相反，假若沒有明確分工，將課程設計、軟件編譯、元件購買、硬件焊接、演示ppt制作和論文書寫等混雜在一起，不但做不出產品，反而會無形中增加課程的難度。同時各小組成員的分工也不能是完全獨立的，要相互聯系，應該堅決杜絕寫軟件只管軟件，組裝硬件的只管硬件的做法，因為最終的產品是一個有機結合體，而不是一個軟硬件拼湊體，只有大家分工加合作，才能取得最終的成功。

2、在產品的開發過程中，我們切實體會到一個團隊一定要有一個敢于承擔義務、勇于承擔責任的領導者。組長的樂觀精神、堅韌不拔的毅力和明確清晰的產品開發思路，不但可以在遇到困難時鼓勵督促大家繼續工作，同時能夠保障整個產品的開發高效高質量的進行。

3、每個組員都要有高度的責任感。產品的開發不是某一個人或某幾個人的事情，而是大家共同的任務。特別是在產品開發遇到困難時，每個人都應該大膽承擔責任，互相鼓勵，三個人協同談合作共同想辦法解決問題，而不是互相推諉，互相抱怨。

二、項目進行過程中所遇到的困難和解決辦法

在整個單片機學期項目中，我們遇到了大量的問題。在困難和失敗面前，我們曾考慮過放棄或者更改項目方案，但是我們堅信只要努力就一定會成功。最后，在周圍同學和師兄的幫助下，我們完成了方案。項目進行過程中遇到的問題如下：

1、無法更改單片機熔絲位。我們所做的項目對時鐘有嚴格的要求，根據事先設計好的軟件程序，系統時鐘應為8MHz。然而單片機默認的時鐘并不是8MHz。我們起初想使用AVRstudio更改單片機熔絲位，但不知什么原因，始終無法使用JTAG和單片機相連。我們曾連續兩天被這個問題困擾，無法找到解決問題的最佳辦法。后來，我們得知周圍同學有一款很好使用的軟件，可以使用ISP來更改熔絲位。于是，在這位熱心同學的幫助下，我們很快解決了這個問題。

2、電源問題。我們的學期項目主要使用的硬件有ATmega16,DS18B20和NRF24L01。其中ATmega16和DS18B20的工作電壓大約在5V左右，而NRF24L01得工作電壓卻為3.3V。如何進行電壓轉換，如何將它們集成在一起成為擺在我們面前的問題。經過老師和周圍同學的幫助，我們決定使用AS1117芯片，成功解決了這個問題。

3、無法進行信號傳輸。我們學期項目的一大亮點就是無線傳輸，主要使用的芯片是NRF24L01。NRF24L01無線傳輸芯片是目前廣泛使用的無線傳輸芯片，具有低速傳入，高速發射、接收的特性，易于與各種單片機組合。雖然我們事先閱讀了大量有關該芯片的使用說明及應用實例，但將程序寫入單片機后仍然無法傳輸信號。經過連續幾晝夜的努力，沒有任何效果。我們得知有一位研究生師兄曾使用過該芯片。于是我們主動請教了這位師兄，師兄非常熱心的給我們分析問題產生的原因，并給我們提供了解決問題的方案，同時為我們的項目提出了很多建議。正是由于師兄的幫助，我們才實現了信號的傳輸。

4、無法正常測溫。我們起初的測溫程序主要參考實驗講義上的，但是一開始沒有成功。我們簡單地認為問題出在軟件上經過大量的修改，任然失敗。后來，我們仔細閱讀了DS18B20的使用說明書，發現問題很可能出在時鐘上。后來經過更改熔絲位成功解決了這個問題。

三、課程設計的心得體會

在對單片機課程的學習和產品的開發過程中，我們深刻體會到了理論和實踐的巨大差別，同時也明白了理論聯系實際的重要性。

在課程設計的選擇過程中，一定要立足于現有的實驗開發環境和各組員的能力，選擇有把握實現或有實現前景的項目，切忌眼高手低。很多想法和創意具有非常好的創新性，但其中很多都無法實現，甚至可行性都不存在，所以在課程設計題目的選擇上要理性。

還有一點令我們印象深刻，那就是跟硬件配套的技術資料。項目剛開始時，我們始終找不到頭目，任憑大家怎樣改進方法都無濟于事。但回過頭來研究技術資料時，我們發現，很多做法純屬自己的想法，根本不符合硬件的要求。重新按照技術資料的理論和規則，很多問題都迎刃而解。

四、課程改革的建議

單片機不同于我們以往的課程，不僅僅對理論要求高，對動手能力也有很高的要求，這門課重在鍛煉我們的創新能力和團隊合作精神。因此，我們認為該課應在以下幾方面做出改革：

1、實驗課時間的安排和實驗室硬件的改善。對于一個產品的開發，每周兩節課的試驗時間實在太短，至少要加長到每周四節，同時延長實驗室的開放時間。再有實驗室的硬件明顯需要更新換代，特別是針對單片機升級速度快，實驗室有必要隨之更新實驗設備。

2、理論課授課時需要加強課本電子器件和實物展示的結合，著重加強元器件的實物講解。

3、應該加強物理學院實驗室和南校區工程訓練中心課程合作，充分利用雙方的優勢和資源。

4、盡可能加強經費支持，完全有學生出資做產品的做法因改為學院和學生共同分擔產品的開發經費。

五、項目成員貢獻

在整個單片機學期項目中，我們曾經遇到了大量的問題，有時需要耗費幾晝夜的時間才能解決。但是集體的力量是強大的，在困難面前，我們三個人統一思想，明確目標，最終解決了問題，完成了項目。李林洋：方案設計 硬件設計 電路焊接 程序編寫 劉曉斐：程序編寫 電路焊接 程序調試 論文

劉樹聰：硬件設計 硬件購買 電路焊接 網頁制作、論文及資料整理等 各個成員都竭盡全力，密切配合，實現了既定目標。

第二篇：系統設計總結報告

系統設計總結報告

湯彬 崔龍 陳云程 陳廣旭

一、所遇問題及解決方案

問題1：不能正常打開ICCAVR軟件。

解決方案：由于用ICCAVR軟件要進行破解，需要用到破解軟件，因此要想正常運行ICCAVR就要先正確使用其破解軟件。

問題2：我們自己寫了一個源程序，僅僅有一個主函數，函數體中是空語句。程序如下：

void main（）{ ； } 用ICCAVR進行編譯，結果出現了錯誤。

解決方案：原因是未將其添加到工程。將源程序添加到創建的工程中即可。問題3：在ICCAVR中進行編譯后，未生成“.cof”文件。

解決方案:原因是未將源程序保存為“.c”格式。只要將其保存為“.c”格式即可。

問題4：向ICCAVR中輸入AVR課本上的一些源程序時，發現不能正常編譯。

解決方案：因為課本上的程序是針對CV的，而CV與ICCAVR的源程序不兼容。需要將CV中的程序移植到ICCAVR中才能正常編譯。問題5：第一次使用delay函數，在編譯時總是出現錯誤。

解決方法：經同學提醒才知道這是老師著重指出的一個問題，我們需要自己編寫一個延時函數；在cv中使用延時函數是必須在頭文件中指出包含此函數所

在的文件。

問題6：相鄰焊點很容易短路。

解決方法:相鄰焊點短路是由于焊點過大或形狀不規則所致，焊接時應充分利用烙鐵使焊錫融成球狀，并使焊錫用量盡可能合適。

問題7：焊完后的焊錫表面發鎢。

解決方法：經過幾次焊接后，我們發現焊錫發鎢的主要原因是焊完一點后，我們急于使它冷卻，用嘴去吹。發現這個現象之后，我們采用使其自然冷卻的方法解決了這個問題。

問題8：使用后發現電烙鐵頭有被氧化現象。

解決方法：合理的使用松香以及用焊錫保護都可以解決這個問題。問題9：PORTA接LED后，編程PORTA=0x00使LED全亮不成功。

解決方法：仔細學習后發現缺少了PA口工作方式的設定，應加上DDRA=0Xff。

問題10：單個按鍵程序不工作。

解決方法：仔細分析后我們認為可能出問題的地方有兩個，一是按鍵輸入電平的讀取有問題，二是按鍵程序有未知錯誤。第一個錯誤我們很快就發現了，是因為我們未設置上拉電阻，這個很容易就解決了；第二個錯誤我們經過很長時間的仔細檢查和多方面調試最終發現是因為調用按鍵接口程序if（！readkey（））應寫為if（readkey（））。

問題11：八個按鍵程序調用有問題。

解決方法：在程序調用過程中，反復調用接口函數會出現錯誤，所以我們將此過程改為一次調用按鍵程序，并將結果賦值到一個變量中解決了這個問題。

問題12：用實驗室為每個實驗桌所配備的下載器與電腦的串口、單片機的JTAG接口連接后，下載器的左指示燈不亮，Avrstudio顯示找不到串口，無法連接到單片機。

解決：把在其他實驗桌上找到的一個新下載器接上后，發現左指示燈正常點亮，Avrstudio不再顯示找不到串口，成功連接到電腦。

問題13：我們用ICC創建了一個名為model的工程并寫好一個命名為model的用于試驗的小程序編譯無誤，當我們準備使用Avrstudio的在線仿真功能進行試驗時，在啟動Avrstudio后打開了一個名為model的以.c結尾的文件，但打開后點擊Build卻得到了很多報錯信息，無法下載。找不到這個model的文件。

解決：我們用ICC重新進行編譯，仍然顯示無錯誤，但在Avrstudio中打開后點擊Build還是得到報錯信息。查閱實驗講義后我們知道了應該在Avrstudio中打開以.cof結尾的文件才能去點擊Build燒入程序。但我們在model工程所在的文件夾中找不到以.cof結尾的文件又查閱實驗講義后我們才意識到應該把以.c結尾的源文件“add to project”然后再進行編譯、連接，才會得到以.cof結尾的文件。我們按照上述方法進行操作后，下載器的右指示燈正常閃亮了一段時間，程序得以成功燒入。

問題14：使用Avrstudio的在線仿真功能時，學生先寫了一個關于輸出低電平的簡單程序，僅包含輸出端口的初始化和電平的輸出，然后把輸出端口與LED連接。但仿真的過程中發現LED未被點亮。

解決：首先，斷開單片機端口與LED的連接，把VCC直接逐一接到各LED上，發現的確有幾個LED失靈。

但是在將輸出端口改到各工作正常的LED上并reset之后，LED仍不能按照預定要求被點亮。

然后，我們又對單片機的I/O端口的操作進行了檢查，發現我們對I/O端口的初始化有誤，應該從DDRA=0x00改為DDRA=0xFF。修改程序并重新下載后，LED被正常點亮。

問題15：面包板上許多元件引腳需要接地或VCC，接線非常麻煩，且很易出錯。

解決方案：在面包板上選擇一排孔單獨作為地或VCC，焊上插針，并將其引腳焊接起來，接地的引腳用插線直接連接即可。

問題16：兩個焊點距離非常近，用導線接比較麻煩且容易出錯。

解決方案：直接用焊錫將兩點連起來即可，注意焊錫不要過多。

問題17：焊點之間需要用導線連接，但是把導線與焊點連接起來時容易焊不上，也很容易造成焊點過大，造成短路。

解決方案：將導線插到緊鄰焊點的孔中焊上，然后用焊錫將兩焊點連接起來。

問題18：有一排并列的焊點需要相接，用導線連接的話，容易導致相鄰焊點接觸，造成短路。

解決方案：盡量是需要連起來的點靠近一點，用焊錫直接相連。如果不允許靠的很近，就用焊錫焊成一導線連接。

問題19：在forward等四個運動函數中，我們原本通過中斷，在相應執行時間到達后直接對PORT端口進行一次性電平操作，同時執行對全局變量v的修改以控制下一個中斷到達的時間；然后到相應下一個執行時間后直接對PORT端口進行一次性電平操作而不考慮前一個操作，同時執行另一個對全局變量v的修改以控制再下一個中斷到達的時間。另外還有一個小程序模塊用來通過LED的亮與滅來標示v的當前數值（v在地圖中只有兩個可能值）但燒入程序后發現單個運動函數LED的亮與滅不符合原定設計。

解決：首先，我們直接用VCC與LED相連來測試LED是否有故障。LED經測無誤后，我們使用Avrstudio對這一實驗程序進行在線仿真，通過對該程序的單步運行，發現每次執行完一個運動函數后，程序未等到下一個中斷到達的時間，隨后就直接去執行下一個運動函數，從而直接在此改變了全局變量v的值，因而LED的亮與滅不可能符合原定的設計。于是我們開始設計這個關鍵的控制語句，最后想出了一個低技術但十分有效的辦法——使用while(cx)(//x代表某個數字以區分各控制變量)。用一個cx來控制各個運動函數的執行時間，一個c3，每個運動函數先把總行駛函數對應的cx調為0，之后執行自身，到點執行完畢后會自動把該運動函數對應的cx調為0來停止執行并把總行駛函數對應的cx調為1。之后總行駛函數執行下一個運動函數。目前用暫用c來代表cx.完成的運動函數如下：void forward(int i){int c=1;v=(wlongth[i] /velocity);(wlongth[i]是路程信息)PORTB=0xF9;while(c){if(turningnode){turningnode=0;

PORTB=0x00;c=0;};}

c3=1;} 再次下載該程序，發現單個運動函數LED的亮與滅已經符合原定設計，可見使用while(cx)方法成功，該問題解決。

問題20：命令小車按預置地圖{3，5，3，5，3，6，3}行駛的過程中，發現右轉運動函數void turnright(int i)

{int c=1;

PORTB=0xF5;

v=wangle[i];while(c){ if(turningnode){turningnode=0;

PORTB=0x00;c=0;};} c3=1;} 不能運行。該運動函數被執行期間沒有LED點亮。

解決：我們先是懷疑右轉運動函數本身有誤，但該程序經反復檢查證明無誤。隨后對整個程序進行檢查，發現各個行進標識符與各個運動函數的對應關系錯位了：本應是3，4，5，6依次對應前后左右運動函數，實際寫為4，5，6，7依次對應前后左右運動函數，而預置地圖中根本沒有7！自然該行進標識符對應的運動函數被執行期間也就不會有LED點亮。當然其他運動函數執行期間也有錯誤，只是我們數錯了LED數，沒有發現。于是我們把對應關系改回到3，4，5，6依次對應前后左右運動函數，LED的亮與滅立即符合地圖設計。

問題21：在對按鍵輸入部分調試的過程中，因為使用了基于中斷的狀態機法消抖，有10ms的延時，無法直接對后面的輸入模塊進行調試。

解決：經老師點撥指導，用設置斷點的方法（后來這一方法多次發揮了關鍵作用）成功跳過這一大關，我們開始對后面的輸入模塊進行調試。問題22：在下載整個完整的程序之后，我們先直接按下enter鍵，然后是run鍵，以命令小車按預置地圖行駛。（試驗階段先用LED代替）但使用Avrstudio進行在線仿真發現，單步執行函數void mapinput(){ int j;

int m=0;while(d)……

該程序幾乎被直接跳過，while(d)以后的程序根本不執行。

解決：根據while(d)以后的程序不執行，不難想到是d的問題。果然，在全局變量d的定義處： int v=12;/*計量行進*/

int d=0;/*用于全局使能mapinput */ int c2=1;

int c3=1;

/*用于全局使能shift長度確定 */ int c4=1;顯然d的初值有誤，改為int d=1；再重新下載，仿真，mapinput()函數得以正常執行。

問題23：使用按鍵輸入地圖的過程中，連續出現最后按下run鍵后小車不動的現象，有幾次又按了幾下run鍵后小車突然走了，不過所行駛的地圖不是“輸入的地圖。

解決：我們反復對程序進行徒勞的檢查后突然是按鍵工作不穩定的緣故。寫入一個直接讀按鍵然后點亮LED的程序后發現果然是按鍵工作不穩定。于是又加了一個讀到按鍵然后響一下喇叭的程序后，我們在喇叭不響的情況下就再按一下，問題解決。

二、團隊管理的心得體會

關于團隊管理，我們最初階段簡直是一竅不通，認為只要大家都肯下功夫，都努力做，就可以了。所以一開始時我們整天湊在一起，商量怎么做，然后大家一起做，其實等大家商量好后，就成了一個人在那做，但是其他人在旁邊看，這樣極大的降低了團隊的工作效率，而且也會降低其他同學的興趣和積極性。大家就這樣一起做了一個月后發現我們其實完成的任務很有限，而且原來有很大積極性做項目的同學也沒有了興趣和積極性。

我們意識到這個問題后，仔細的分析了出現這個問題的原因，我們認為原因是團隊的分工不夠明確。之后我們項目系統分成了幾個模塊，每個同學負責其中的一個或多個模塊，提前完成自己任務的同學還可以去幫助其他同學。這樣分工之后我們的工作效率有了明顯的提升，而且因為有了自己明確的任務，組員的積極性也得到了極大的提高。

還有在團隊一起工作討論時，一定要保持輕松自由的氣氛，這樣大家的觀點可以毫無保留的說出來，輕松幽默的討論也會激發我們相處很多特別好的想法。

我們的團隊工作到現在已經基本結束了，我們為此付出了很多，但也有了很大的收獲，知道了團隊應如何提高效率，如何討論效果更好等等，更重要的是在這一段時間中，我們一起努力，一起面對困難，學會了團隊合作，更獲得了最珍貴的友誼。

三、課程設計的心得體會

總的說來，我們的課程設計可以總結為一句話：“山重水復疑無路，柳暗花明又一村。”其過程真可謂一波三折。

從開課選題熱情高漲躍躍欲試，到中期困難重重迷茫無助，再到后期迎難而上鍥而不舍，最后功夫不有心人最終成功，真是經歷的太多太多，但是卻從中也收獲了很多。

有一段時間，我們遇到了前所未有的困難，幾乎沒有了繼續下去的勇氣，但是通過團隊的努力，相互幫助，密切配合，終于挺過了難關。我們體會到只有艱苦奮斗，團結一致才能克服困難。這段時間，確實很辛苦，其間不知揮灑了多少汗水，但卻很充實。

我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發揚團結協作的精神。只有一個團隊的成員緊密地團結在一起，才能更快更好的完成任務。

通過這次課程設計使我們懂得了理論與實際相結合是很重要的，書本知識固然重要，但我們更要學會將書本知識應用到實際的工作中。實踐中才會發現錯誤，也才能改進，才能達到學習的最終目的。

另外，我們也體會到了創新與可行性要并重。有時一個看似非常有創新非常好的創意，但卻并不一定能應用到實踐中。一切都要以實際情況量力而行。

任何時候都要相信自己，都要全力以赴去做，不要輕言放棄。

四、成員貢獻排序

湯彬：30%；崔龍：25%； 陳云程：25%； 陳廣旭：20%；

五、課程改革的建議

這門課程采取“course project”的形式，培養了同學們的創新意識、團隊意識以及動手能力。另外也極大地激發了同學們的學習熱情，培養了對電子設計的興趣。

在這里提幾點建議：

1、開課比較突然，之前沒有任何相應的單片機基礎，直接在規定的時間內完成一件作品有點挑戰。建議先開一些有關單片機理論的課程，下學期開實驗課做東西

2、項目報告等文檔過于繁多，建議精簡一些。

3、實驗課的報告過于頻繁，一定程度上牽扯了做課程設計的精力。

4、盡早發實驗電路板

5、盡量多一些實驗指導

第三篇：嵌入式系統設計基礎總結報告

嵌入式系統設計基礎

嵌入式系統設計基礎

結題報告

學

生1： 學

生2： 學

生3： 組

長： 組長電話： 指導老師： 完成時間：

嵌入式系統設計基礎

目錄

目錄....................................................................2 摘 要...................................................................3

一、課題概述...........................................................4

二、課題實施方案.......................................................4

2.1 方案說明........................................................4

2.1.1 LCD圖像顯示模塊設計方案..................................4 2.1.2 觸摸屏模塊設計方案........................................5 2.1.3 音樂播放模塊設計方案......................................5 2.1.4 鍵盤模塊設計方案..........................................6 2.2 工程規范........................................................6

三、課題實施過程詳述...................................................6

四、系統測試方法.......................................................8

五、結果分析...........................................................8

六、總結................................................................9 參考文獻................................................................9 附錄....................................................................9

嵌入式系統設計基礎

摘 要

隨著智能手機和平板電腦等便攜式設備的興起，ARM已經成為全球領先的半導體知識產權提供商，全世界超過95%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構。ARM技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。本文旨在初步接觸嵌入式ARM技術。我們使用了天嵌TQ2440開發板以及ADS1.2來進行相關實驗，主要制作了一個帶背景音樂、可以使用觸摸屏和鍵盤進行前后照片切換的數碼相框。通過這次實驗，我們對ARM技術有了一個初步的認識和了解，同時也掌握了一些編程和調試技術。

關鍵詞：嵌入式，LCD圖像顯示，觸摸屏

Abstract With the development of the smartphone and tablet computer, ARM has already become a leading semiconductor intellectual property provider in global market.More than 95% of the smartphone and tablet computer use the ARM framework.ARM has the advantages in performance, cost and efficiency.This paper aim at having a rough contact with embedded ARM and we use TQ2440 and ADS1.2 to conduct relevant experiments.Generally, we have made a digital album which can be controlled by touch panel.Through this experiment, we have grown a general acknowledge of ARM technology and master some coding and debugging technology.Keywords：embedded system, LCD display, touchpanel 3

嵌入式系統設計基礎

一、課題概述

本文展示了一個使用ARM技術制作而成的帶有背景音樂并且可以通過觸摸屏和鍵盤控制的數碼相框。數碼相框在當今市面上也有銷售，其功能主要是放映照片，絕大部分能夠通過無線或藍牙與移動設備進行連接，以達到實時放映的效果。我們所制作的數碼相框總體而言功能并不是很強大，但也符合數碼相框的基本原理并且實現了基本功能。本課題的核心問題是如何實現觸摸屏精確地點擊、圖像切換顯示還有音樂播放功能。

二、課題實施方案

本課題的基本設計方案分為四個模塊，LCD圖像顯示模塊、觸摸屏模塊、音樂播放模塊以及鍵盤模塊。整體的設計流程為首先完成在TQ2440開發板液晶顯示屏上顯示出六張自定義圖像；然后實現按鍵控制圖像的切換；再加入對觸摸屏的操作，使得能夠使用觸摸屏切換圖像；最后加上PWM蜂鳴器播放音樂的功能。

2.1 方案說明

2.1.1 LCD圖像顯示模塊設計方案

為了實現帶有背景音樂并且能夠使用觸摸屏控制的數碼相框，我們首先要能夠在開發板的顯示屏上顯示用戶自定義的照片。由于我們所使用的開發板配備的是4.3寸的顯示屏，所以圖片尺寸要設定為480*272才能完美適應屏幕大小。在程序代碼中，顯示圖片的功能由Paing_Bmp定義，具體為Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, TQ_LOGO)，其中，480、272對應的是要顯示的照片的尺寸，因為我們用的是4.3寸屏，所以設定為480、272；而TQ_LOGO是圖片的名稱，名稱由用戶自己定義，這里的TQ_LOGO對應的是開發板開機顯示的第一張LOGO照片。照片的顯示本質上是對屏幕上每一個像素點賦值的過程，不斷賦值的一個過程其實就是實現了對LCD的每個像素點進行逐行掃描寫入不同像素點對應圖片的不同位置的顏色值的過程。

圖 1.像素掃描原理

因此，只要將圖片的每一個像素點的值寫入程序，就能夠實現照片顯示的功能。這里我們使用了天嵌科技光盤附帶的bmp2h程序，將一個BMP圖片文件轉換為帶有每行像素值的C文件，然后將C文件中的代碼復制到LCD顯示程序代碼下，即可實現照片顯示功能。

另外，由于480*272照片文件容量較大，缺省的內存設置無法滿足顯示6張照片的功能，會導致顯示花屏。針對這個問題，我們是在nand.c文件中修改RdNF2SDRAM()函數中的U32 size = 0x100000，我們改成U32 size = 0x800000，這樣就滿足了照片顯示的內存需求。

嵌入式系統設計基礎

2.1.2 觸摸屏模塊設計方案

四線電阻式觸摸屏硬件工作原理按照工作原理和傳輸信息的介質不同，觸摸屏分為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。由于電阻式觸摸屏具有工作面與外界完全隔離，受環境影響較小，具有不怕灰塵和水汽、穩定性高、不漂移等優點，特別適合工業現場使用。因此我們選擇了四線電阻式觸摸屏。

我們使用觸摸屏進行相冊的前進和后退，具體來說，就是觸摸屏幕上半部分，就跳轉到前一張照片；反之，觸摸下半部分，就跳轉到下一張照片。實現該功能的關鍵在于設置一個標志位來判斷當前放映的是6張照片中的哪一張，當xdata>500時，判斷為下半部分；xdata<500時，判斷為上半部分，然后一旦觸摸屏幕，在判斷觸摸的是哪一個部分后就會進行加一或減一，以此循環。具體實現就是在LCD代碼的while(1)中，加入一段判斷選擇程序，其中xdata對應的是屏幕的豎軸，ydata對應橫軸。

另外，由于觸控比較靈敏，會出現輕輕按一下卻切換了好幾張照片的情況，為了解決這個問題，就需要加入一段中斷以及判斷按下和松開狀態。

圖 2.狀態轉換圖

2.1.3 音樂播放模塊設計方案

S3C2440A 有五個十六位計時器。計時器 0, 1, 2, 和3有 Pulse Width Modulation(PWM)功能.計時器4 只有一個內部計時器，沒有外部輸出管腳。定時器0 有一個死區發生器，這可以給大電流設備使用。

定時器0和1共用一個8位預分頻器，而定時器2、3和4共用其他一個8位預分頻器。每個定時器有一個時鐘分頻器，可以生成5種不同的信號（1 / 2，1 / 4，1/ 8，1 / 16，和TCLK）。每個定時器模塊，接收從其自己的時鐘分頻器發出的信號，收到相應的8位預分頻器的時鐘的時鐘信號的時候。8位預分頻器是可編程的，并且可以根據存儲在TCFG0和TCFG1寄存器中的裝載值細分（確定）像素時鐘PCLK。

當計時器時使能的時候，該計時器的計數緩沖寄存器（TCNTBn）初始化，同時裝載初始值到向下計數器當中。計時器的比較緩沖寄存器（TCMPBn）初始化的時候，自動裝載一個初始值，用來和向下計數器的值進行比較。這種雙重緩沖寄存器的機構，TCNTBn和TCMPBn，使計時器可以在PWM頻率和占空比改變的時候保持穩定的PWM輸出。

每一個定時器都有自己的有機器時鐘驅動的十六位向下計數器。當向下計數器到達零的時候，定時器中斷請求產生并通知CPU，定時器操作已經完成。當定時器向下計數器達 5

嵌入式系統設計基礎

零的時候，相應的TCNTBn將會自動為下一次操作裝載相應的計數值。然而，當計時器被停止的時候，例如，當定時器控制寄存器TCONn的使能位被清零的時候，TCNBn的值就不會被重新裝載進計數器。TCMPBn的值是用于控制脈寬調制（PWM）的。定時器控制當向下計數器的值等于compare的值時，輸出電平邏輯改變。因此，compare寄存器的值決定了PWM的占空比。

我們要調整PWM 的占空比進行電機控制或者電源控制的時候，只需要在程序中不斷修改rTCNTB0 的值就可以了；而如果我們要改變PWM 的頻率，我們只要通過不斷的修改rTCNTB0 的值就可以了（當然也可以通過修改rTCNTB0 =(PCLK>>7)/freq 中的freq 的值來間接實現修改rTCNTB0 的值）。

2.1.4 鍵盤模塊設計方案

我們知道有時觸摸屏會不太好用，比如手濕了或者戴手套的時候，這時有了按鍵功能，就能起到很好的替換效果。我們主要用按鍵功能實現照片的前后切換，其原理和之前觸摸屏切換類似，這里不多撰述。

2.2 工程規范

在本次課題實施中我們就TQ2440開發板實際開發操作方面總結出規范如下：（1）不要著急寫代碼，首先要將設計思路、功能模塊等規劃完成，然后才能進行下一步的工作。這樣做有助于實際操作過程中的條理性，并且可以使項目處于可控、可實現的狀態。

（2）在編寫代碼的時候一定要添加上相應的注釋，增加代碼的可讀性，方便自己以后的修改和別人的理解。

（3）硬件上，接線時一定要仔細。注意串口線連接的位置，因為這涉及到燒錄程序時端口的選擇。

（4）從直觀上看問題。每次修改程序之后先錄入開發板，從顯示屏實際顯示效果上看是否實現功能而不是糾結于程序是否修改正確。

三、課題實施過程詳述

1、實現六張圖像的鍵盤控制切換；

在keyscan.c的static void __irq Key_ISR(void)中加入以下代碼：

if(key == 0xff){flag3=0;Uart_Printf(“Interrupt occur...Key is released!n”);} else{ flag3++;if(flag3 == 8)flag3 = 2;if(flag3 == 1){

if(key == 2 && flag4<=6)

{flag4++;if(flag4==7)flag4=1;}

嵌入式系統設計基礎

else if(key == 1 && flag4<=6){flag4--;if(flag4==-1)flag4=6;} else if(key == 3){flag5=1;Main();}}

Uart_Printf(“Interrupt occur...K%d is pressed!n”, key);ExitCritical(&r);}

switch(flag4){

case 1:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu1_320240);break;

case 2:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu2_320240);break;

case 3:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu3_320240);break;

case 4:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu4_320240);break;

case 5:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu5_320240);break;

case 6:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu6_320240);break;

}

2、實現觸摸屏控制圖片切換功能；

（1）在while(1)中來實現：通過使用對觸摸屏進行觸摸操作時返回的xdata 和ydata 的數值對我們要顯示的圖片進行控制選擇，如下：

while(1)//to check Pen-up state { if(rSUBSRCPND &(BIT_SUB_TC))//check if ADC is finished with interrupt bit {

flag = 0;break;//if Stylus is up(1)state} flag++;if(flag == 8)

flag = 2;if(flag == 1){

if(xdata>500 && flag1<=6)

{flag1++;if(flag1==7)flag1=1;}

else if(xdata<500 && flag1<=6)

{flag1--;if(flag1==-1)flag1=6;}

else

flag1=0;

switch(flag1){

case 1:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu1_320240);break;

case 2:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu2_320240);break;

case 3:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu3_320240);break;

case 4:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu4_320240);break;

case 5:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu5_320240);break;

case 6:Paint_Bmp(0, 0, 480, 272, tu6_320240);break;

}} }

（2）編譯修改好的程序生成所需要的bin文件，錄入開發板并觀測圖像顯示。

3、PWM蜂鳴器音樂播放功能。

這部分功能就是在原先功能基礎上加入了蜂鳴器的播放功能。

嵌入式系統設計基礎

四、系統測試方法

本文所使用的硬件環境為天嵌TQ2440，是由廣州天嵌計算機科技有限公司所制造。軟件環境為WINDOWS 10，帶有2.40 GHz Core? i5 處理器以及4GB RAM。編譯環境為ARM Developer Suite（ADS）1.2版。

五、結果分析

由于無法體現觸控功能和音樂播放功能，這里只展示了照片顯示功能。數碼相框顯示的照片如下，從圖片中可以看到照片顯示功能十分完好：

嵌入式系統設計基礎

六、總結

本文展現了我們制作的數碼相框，雖然總的來講功能比較簡陋，但也是我們的一片心血。通過這次實驗，我們對于ARM嵌入式開發有了一個初步的認識，也熟悉了整個開發過程。最為重要的是，這次的實驗為我們未來的學習與工作打下了一個良好的基礎，我們不僅體驗了當今最為流行的嵌入式技術，更是懂得了嵌入式開發的思想核心。在這里，我們要感謝負責嵌入式實驗相關工作的王建敏老師，以及教授嵌入式課程的韓軍老師、薛雷老師以及陸小峰老師，他們為這門課付出了自己的心血，傳授給我們無價的知識。總的來說，這次實驗難度并不大，但學到的東西并不少，相信未來我們也許也將走上嵌入式開發的道路，為嵌入式領域貢獻自己的一份力量。

參考文獻

[1] 裸奔三部曲.廣州天嵌計算機科技有限公司.2012：1-59 [2] TQ2440開發板使用手冊.廣州天嵌計算機科技有限公司.2012：271-298 附錄

（1）觸摸屏ADC 中斷初始化的程序段

rADCDLY=50000;

//Normal conversion mode delay about(1/3.6864M)*50000=13.56ms rADCCON=(1<<14)+(ADCPRS<<6);//ADCPRS En, ADCPRS Value Uart_Printf(“nTouch Screen testn”);rADCTSC=0xd3;//Wfait,XP_PU,XP_Dis,XM_Dis,YP_Dis,YM_En pISR_ADC =(int)AdcTsAuto;rINTMSK=~BIT_ADC;//ADC Touch Screen Mask bit clear rINTSUBMSK=~(BIT_SUB_TC);（2）觸摸屏中斷程序斷

void __irq AdcTsAuto(void){ U32 saveAdcdly;if(rADCDAT0&0x8000){ //Uart_Printf(“nStylus Up！n”);rADCTSC&=0xff;// Set stylus down interrupt bit

嵌入式系統設計基礎

} //else //Uart_Printf(“nStylus Down！n”);rADCTSC=(1<<3)|(1<<2);//Pull-up disable, Seq.X,Y postion measure.saveAdcdly=rADCDLY;rADCDLY=40000;

//Normal conversion mode delay about(1/50M)*40000=0.8ms rADCCON|=0x1;

//start ADC while(rADCCON & 0x1);

//check if Enable_start is low while(!(rADCCON & 0x8000));

//check if EC(End of Conversion)flag is high, This line is necessary！while(!(rSRCPND &(BIT_ADC)));//check if ADC is finished with interrupt bit xdata=(rADCDAT0&0x3ff);ydata=(rADCDAT1&0x3ff);//check Stylus Up Interrupt.rSUBSRCPND|=BIT_SUB_TC;ClearPending(BIT_ADC);rINTSUBMSK=~(BIT_SUB_TC);rINTMSK=~(BIT_ADC);rADCTSC =0xd3;

//Waiting for interrupt rADCTSC=rADCTSC|(1<<8);

// Detect stylus up interrupt signal.while(1)

//to check Pen-up state { if(rSUBSRCPND &(BIT_SUB_TC))//check if ADC is finished with interrupt bit { //Uart_Printf(“Stylus Up Interrupt~!n”);break;//if Stylus is up(1)state } } Uart_Printf(“count=%03d XP=%04d, YP=%04dn”, count++, xdata, ydata);//X-position Conversion data rADCDLY=saveAdcdly;rADCTSC=rADCTSC&~(1<<8);// Detect stylus Down interrupt signal.rSUBSRCPND|=BIT_SUB_TC;rINTSUBMSK=~(BIT_SUB_TC);// Unmask sub interrupt(TC)ClearPending(BIT_ADC);}（3）PWM蜂鳴器音階發生功能

while(1){

U16 freq =800;

if((xdata>719 && ydata>800)){ Paint_Bmp(0,0,480,272,tu3_480272);freq=220;Buzzer_Freq_Set(freq);}

嵌入式系統設計基礎

else if(xdata>526 && ydata>800){ Paint_Bmp(0,0,480,272,tu2_480272);freq=247;Buzzer_Freq_Set(freq);} else if(xdata>332 && ydata>800){ Paint_Bmp(0,0,480,272,tu1_480272);freq=262;Buzzer_Freq_Set(freq);} else if(xdata>719 && ydata<225){Paint_Bmp(0,0,480,272,tu6_480272);freq=294;Buzzer_Freq_Set(freq);} else if(xdata>526 && ydata<225){Paint_Bmp(0,0,480,272,tu5_480272);freq=330;Buzzer_Freq_Set(freq);} else if(xdata>332 && ydata<225){Paint_Bmp(0,0,480,272,tu4_480272);freq=349;Buzzer_Freq_Set(freq);} else if(xdata>719 && ydata>225&& ydata<800){freq=392;Buzzer_Freq_Set(freq);} else {freq=392;Buzzer_Freq_Set(freq);Buzzer_Stop();} Paint_Bmp1(-40, 70, 480, 272,4, tu1_480272);Paint_Bmp1(-40, 140, 480, 272,4, tu2_480272);Paint_Bmp1(-40, 210, 480, 272,4, tu3_480272);Paint_Bmp1(400, 70, 480, 272,4, tu4_480272);Paint_Bmp1(400, 140, 480, 272,4, tu5_480272);Paint_Bmp1(400, 210, 480, 272,4, tu6_480272);Delay(500);} }

第四篇：系統總結報告

系統總結報告

智能感知機械花——陳仲乾，曹乘榕，黃晨，胡騰

硬件設計問題及解決方案：

在項目經多方面考慮后，確定做仿生智能感知機械花。因為在自然狀況下花多在光強較 強時開放最盛，而且其顏色潤澤方面多會受外界溫濕度影響，所以我們決定讓機械花能對環境的光強變化及溫濕度狀況感知，并作出相應仿生模擬。

花的外形構造原本計劃利用市場上類似的飾品——搖搖葉的外形與傳動設計，花瓣用亞克力板制作以增強RBGLED產生的效果。但在購買拆卸后發現，搖搖葉內部傳動是用太陽能電池產生微弱電流，使一組線圈產生不穩定感應磁場，通過磁場使下端帶有磁鋼的擺動的葉子偏離平衡位置，以實現不停的搖擺。我們所需要的傳動裝置是能帶動一根中軸上下移動，從而達到花瓣張合的機械裝置。最后因為以上一些設想難以實現，所以花瓣改用普通紙質，傳動裝置用手工制作。

在光強的感知方面：我們一開始決定用光敏電阻輸入光強信號，經單片機處理輸出一定信號控制外部動力源，從而通過動力的傳輸系統來控制機械花的開合狀態，但動力源取材及動力傳輸一直是硬件設計方面的問題之一，電磁鐵，電動機是我們一開始計劃的動力源，但是對于電磁鐵做動力源時所需的機械設計較電機復雜，而且功耗較大，所以決定使用轉角可控的電機。于是通過對電機了解便購買了微型步進電機（電機尺寸：直徑大約1.2CM，高大約1CM），但是經過實際使用演試，發現微型步進電機抽頭焊點焊接十分困難，而且在許多參數不清楚情況下需要制作電機驅動板，所以重新購買了一個39mm二相六線步進電機，步進量1.8，電壓5V，附帶相應驅動板（驅動芯片UNL2003）。動力傳輸機械裝置也經過多次設想和實踐，并解決大大小小一系列問題后制作出類似于傘開合控制的動力傳輸裝置。如此，對光控制機械花開合方面的硬件設計基本完成。

在溫濕度分別控制花的顏色和明暗態方面：開始溫度傳感器先打算用PT100（計算公式： PT100的電阻值=實際溫度值×0.385+100Ω），濕敏電阻暫用HR202，通過測量與參數查閱得溫度傳感器PT100電阻變化較小，對電路抗干擾性要求大，如果采用便需要對其進行信號放大，這樣會進一步增加成本與電路復雜程度。濕度傳感器HR202需用正弦交流電，而單片機輸入信號為直流，所以這樣還需要將交流信號變為直流信號，勢必會大大增加成本及電路的復雜程度。以上兩項成本會在10元以上，所以決定更換傳感器，最后通過搜索比較決定用數字式溫濕傳感器DHT11，這樣溫濕度數據可在一個電路中完成采集輸入，大大簡化了電路復雜程度，而且成本也降低3元以上，PT100售價為7元，HR202售價為2.5元，DHT11售價為7元左右。對于花的顏色、明暗變化我們首先設計用RGB（三基色）LED燈實現，但是因為RBGLED北方市場上極少，且只能向南方少數市場訂購。所以決定先用普通單色LED代替，最后通過測試后發現普通單色LED幾乎無法進行顏色合成，所以必須使用RBGLED，經過搜索與查詢聯系到淘寶賣家，買到了兩種型號的RBGLED（5MM圓頭RGB四腳全彩，2*5*5RGB四腳全彩）。

軟件方面： 關于驅動步進電機正常工作的程序是全部程序的一個主要組成部分，之前寫的程序主要有邏輯混亂和時序混亂兩大方面的錯誤，另外還有一些語法上的小錯誤.關于邏輯方面，我們的思路是利用光敏電阻感知光強強弱并且改變其電阻，經過電路部分將電阻的變化變為電壓的變化，使每個特定的光強對應一定的電壓值，電壓信號經ad轉換變為數字信號，表示電壓大小。Ad轉換由計時器2ms中斷觸發，根據電壓值大小確定步進電機應該處于的狀態，然后將該狀態與接收信號之前的狀態比較，然后確定步進電機的工作方式（轉向及步進量的大小），然后用步進電機驅動機械花的開合，使其達到特定的狀態.關于時序方面，最主要的一點是步進電機八個節拍順序的排列，我們查閱了多處參考資料，發現多有出入，后來仔細研究了步進電機硬件的接線與結構，逐步確定了節拍順序，并且為了保證其正常工作，將驅動部分的程序寫在在ad轉換中斷里，防止在執行過程中被中斷。

最后我們還發現一個能導致大問題的小錯誤，就是在定義步進電機狀態時用的是字符型數據，但是最后它們相加減賦給整形數據i，這樣導致了i只能為正數而不能為負數，使電機只能向一個方向轉，最后在多次仿真后發現此問題并改正。

關于led燈的程序的大框架也已經完成，只是有一些小的邏輯錯誤和嚴重的時序上的問題。

小的邏輯問題包括一些無意中造成的死循環等，經過幾次檢查就已經全部排除。邏輯思路：

利用溫濕度傳感器測得外界溫度與濕度，并且實現通信后由主機讀取，由溫度高低來驅動led的顏色顯示，由濕度高低來確定led燈所亮的盞數。

但是，這個程序依然不能如愿運行，其根本原因是dht11型號的溫濕度傳感器屬于串口通信，輸出的數字信號(通過高低電平表示)，如圖所示：

其中的高低電平的時間都是幾十us而已（也就幾十個時鐘周期），我們在這么短的時間內測得并且運用，一定得非常注意延時的長短，并且由于時序上的偏差容易累積，單純的使用延時總會使測得前幾位準確后幾位就不準確了。幸好cvavr自帶的延時函數延時非常準確，外加經過查閱大量參考資料和請教學長，我們終于摸到了檢測的訣竅，寫出了運行比較穩定的程序。

硬件設計總結及心得體會：

從設計思路角度，需要更多的考慮設計的獨創性，節約性，安全性，實用性。設計時更應考慮為后期調試提供最大的便利，以節省時間精力。設計前需要詳細了解各部件情況，并設計好具體方案，以免在制作時造成許多不必要的浪費。隨著項目的完成我們也逐漸明白課本知識只有用到了實處才能檢驗自己是否真正掌握，同時我們也懂得如何運用以往的經驗在最短的時間條件中獲取最多的知識。

軟件設計總結與心得：

每次在初次使用某種元件時，都會有一種未知的不確定感，總是感覺它很神秘，不能輕易用好它，但是經過這部分軟件的編寫與調試，我感覺自己學習使用手冊，認真考慮如何使用一件未接觸過的東西很重要，我們不能對之心存畏懼，而是冷靜地學習分析，才能夠取得成功。

關于步進電機部分，我總結到了關于ad 轉換，步進電機使用方面程序編寫的思路，了解到了這方面容易犯的錯誤，對于分析程序能力，編程能力，使用avrstdio仿真能力都有了很大的提高。

經過led燈部分程序的編寫，我掌握了一般串口通信傳感器程序編寫的方法，能夠熟練地編寫與應用led燈驅動函數與延時函數，并且我還掌握了一些很經典的檢測語句的寫法，例如：while(DHT11_DATA_READ);//等待高電平結束等，而且我還掌握了經典的檢錯語句的寫法，例如：u8flag=2;while(DHT11_DATA_READ&&u8flag++);if(u8flag==1)break;最終，我們的單片機軟件部分圓滿完成，我們遇到了很多困難，也吃了不少苦，熬了不少夜，但是最終在我們的努力下完成了。通過這次做的單片機項目，我對單片機和電子設計產生了濃厚的興趣，也學到了很多東西，收獲很大。

團隊管理心得體會：

這次單片機課程項目，可以說是我大學以來第一次進行和本專業有關的團隊合作，在對具體情況不甚了解的情況下開始的分組，彼此也并不了解對方潛在實力。困難是必然需應對的問題，在項目開始前我們必須做好進行到底的準備，項目的實際設計和具體制作時，常常會在難以預計的情況下遇上幾乎讓人想放棄的困難，當然此時才是真正考驗一個團隊協作能力的關鍵。首先，作為一個團隊成員應先做好本職工作，正如中學所了解的整體與部分的辯證關系，每個成員都有義務來承擔工作。其次，一個隊伍的領隊必須起到帶頭模范和整體監制作用，領隊是一個團隊的核心，領隊的工作態度與處事準則會在一定程度上影響整個團隊工作水平和合作氣氛，這在克服眾多問題時都起了至關重要的作用。最后，成員之間需要默契，相互理解協作，每個成員應看到自己的不足，承擔更多的責任，這樣不僅能增強自己個人能力，更有利于團隊協作成效。

成員分工與貢獻度

曹乘榕

主要硬件設計，整體調試，及相關部件采購（占整體30%）； 黃晨

主要整體軟件設計調試（占整體30%）；

胡騰

部分軟件的設計，及其主體思路分析（占整體20%）； 陳仲乾

主要論文負責，部分軟件思路設計（占整體20%）。

課程改革建議：

首先，通過這一學期的學習，我們最大的感受就是自學能力、動手能力、團隊協作能力得到了極大的提升，我想這些是開放性的設計課程給我們帶來的書本上學不到的東西。

但是開放性的課程也會有很多問題，因為它的開放性，學生可以自由選擇設計題目，這就使每個組對知識的要求是差異的。老師可能會鼓勵同學們自己查閱資料，但是這樣一來一是給同學們的學習帶來了很大的壓力，二是很多同學覺得從課上學不到什么東西，或者只專注于自己項目所需要的知識，這使得這門課程對于知識的推廣效果受到影響。本科生學一門課還是應該全面的學習，畢竟將來用到的很有可能就是你項目中沒有涉及的。所以我認為老師在以后的教學中可以加大上課時知識的容量，一晚上的課可以分為兩部分，一部分以較大的容量總體介紹單片機的功能，并將重要的函數、功能提前講（如步進電機、中斷、AD轉換等），第二部分可以從一些具體項目的角度，講述設計思路和同學們容易遇到的問題。在最終考核時在考察項目的同時也應考察學生對于這門課程總體知識的了解，督促同學對于整個課程知識的認識。

另外我覺得我們的課程設計和美國康奈爾大學ECE 4760項目的差距還很大。我們雖然好想法少一些，但是并不代表我們就沒有好想法。在我們的項目中覺得比較創新的仍是一些已在市面上出現的，或前人做過的，只是項目本身應用了一些較人工智能的東西。產生這種現象的原因我認為一是我們的硬件支持不夠，很多功能模塊我們購買不到，一些獨特的機械設備或傳感器沒有人能夠制作和提供。二是學科交叉較小，因為我們做的單片機項目很多是關于生產或生活的，這需要一些機械、生物、醫學、材料知識的支持，而以我們的專業背景是很難獲得的，所以如果能夠給我們搭建一個與其他學院溝通交流的平臺那是再好不過了。

當然更多的同學選單片機但是將來不會以這個為生，而是希望學習這門課程能夠給自己對物理的學習產生積極影響。而在課程設計時并不是很多同學會選擇與物理相關的課題。原因在于很多物理知識我們并不是很了解，而且真正在科研時需要的信號發生器材、控制器材、分析器材我們沒有機會接觸，也沒有辦法針對一個具體問題來設計。所以我希望老師以后能夠加強這方面的引導，給出一些具體的在我們了解范圍內而又比較有趣的物理項目，我想同學們肯定會有很大的熱情。

另外很多同學在做項目時發現遇到不會的問題時很難找到幫助，互聯網信息太繁雜，認識的為數不多的學長可能沒有這方面的經驗。而看往年的課程設計時雖然常常能看到相似的項目卻獲得不了具體問題的解決。所以我提議建立一個網絡論壇，大家能夠實時的交流溝通，并能將問題的解決以此方式一屆一屆傳遞下去。

第五篇：熱偶真空計系統設計總結報告

熱偶真空計系統設計總結報告

（王永昌 , 張斌鑫, 王海程, 張謝祥；褚向前；機械設計制造及其自動化10-11班

機械與汽車工程學院）

摘要：在真空度測量方面，目前，已有從105Pa到 10-11 Pa的各種真空計。當今，根據真空應用中對真空計使用要求，熱導真空計在工業的真空測量中占有重要地位，主要用于冶金、機械、化工、電子等科研和生產領域中的粗、低真空的測量。而其中數字式熱偶真空計應用廣泛，產品種類也比較多，但在寬量程、可靠性、抗氧化性等方面還有一定的提升空間。因此，數字式熱偶真空計的研究設計有著重要的實際意義。關鍵詞：熱電偶；真空計；真空度；

一．項目背景及研究內容

真空科學與技術主要包括真空的獲得和真空度的測量兩個方面。真空的獲得，即真空的產生和保持，它一般由機械設備實現，如利用機械真空泵等。真空度的測量，主要由傳感器及其相應部件組成的真空測量設備完成。準確測量真空度、控制真空度對生產、生活、科學研究有著重要影響，對實驗的成敗和真空產品的質量都起到關鍵的作用。所以真空測量是真空技術的一個重要環節，真空測量具有重要的意義。

我們結合真空測量技術的發展歷史，通過對國內外近幾年真空測量設備新產品的分析可知，真空計的設計并沒有在新原理、新方法方面取得較多的突破性進展，更多的是在原有基本原理基礎上的改進和補充。真空測量技術的發展進入了一個相對穩定的時期。近些年來，由于電子技術和計算機技術的迅速發展，真空計又迎來新的發展，出現以單片機為核心的電子式真空計。電子真空計與傳統真空計相比，測量上更精確、更穩定、更方便，還可以根據實際應用將儀器的功能進行擴展，具有較強的實用性。

熱偶真空計以其性能穩定、抗沾污、抗氧化、價格適中等優點被廣泛應用于低真空測量領域，但由于熱偶規這種傳感器存在著較強的非線性，致使在數據處理上存在一系列的問題。為了提高測量精度，必須對其非線性進行處理。用傳統數值計算方法處理，計算量繁重、過程冗雜。對熱偶規真空計的基本結構和工作原理加以研究分析，然后根據其特點提出具體的設計方案。本項目采用 Mathematica 數學軟件中高次函數擬合功能，來擬合熱偶規傳感器的非線性特性，最后以熱偶規管作為傳感器，將被測環境的壓強信號轉換為微弱的電信號，經過信號放大和 A/D 轉換，送入單片機數據處理、顯示。本熱偶規真空計以單片機為核心，可應用于低真空領域的真空度測量，其測量精度和穩定性滿足實際需要，還可以根據實際應用將儀器的功能進行擴展，具有較強的實用性。設計的熱偶規管真空計采用單片微機制作，充分利用其微機提供的硬件及軟件資源，集成度高，可靠性強，功能適用，操作簡便。

二．熱偶真空計工作原理

熱電偶真空計是利用氣體分子的熱傳導現象,熱電偶接在白金或鎢的細線上。這段細線通過電流后會發熱。發出的熱量通過周圍氣體分子的熱傳導,或細線本身的固體熱傳導,或熱輻射放出。利用氣體分子承擔的熱傳導量與壓力成正比的特點是此真空計的原理。

一根在真空中被加熱的金屬絲，達到熱平衡狀態時，它所消耗的總功率 滿足下列關系

Q?Qr?Qs?Qcd?Qcv

其中：

(1)Qr:熱絲表面因輻射的熱損耗；Qs:熱絲引線的熱損耗；Qcv:氣體對流引起的熱損耗；他們分別為： Qcd:氣體分子熱傳導造成的熱損耗；

Q?I2RQr?Kr(?T4??0T04)Qs?Ks(T?T0)Qcd?Km(T?T0)?PQcv?Kd(T?T0)f(P)其中，I是熱絲的加熱電流，R 是熱絲電阻，Kr 為與熱絲表面尺寸有關的常數，?和

?0分別為熱絲和管壁的熱輻射系數，T為熱絲平衡溫度，T0為管壁和熱絲支桿的溫度，Ks為與熱絲材質和尺寸有關的常數;Km 二為與氣體種類和熱絲表面積有關的系數，? 為適應系數，Kd為與熱絲表面、規管幾何形狀、氣體種類和熱絲方位有關的常數，P為氣體壓強。

由此不難看出，對于給定的規管，若保持加熱絲溫度T不變時，則(1)式可變為: I2?C?km?P?kdf(P)

其中：

(2)Kr(?T4??0T04)T0C?Rkr(?T4??0T04)T0 Km?Rk(T?T0)Kd?dR當環境溫度T0 一定時，C, Km和Kd 均為常數。

式(2)為定溫式熱導真空計的基本關系式。它表明，對于特定氣體，在定溫工作狀態下，加熱絲的加熱電流是容器氣體壓強的單值函數。熱偶真空計是通過與熱絲接觸的熱電偶來測量熱絲溫度的(圖1-1所示)[2]。因此，只要改變加熱電流，使在任何壓強下，始終保持熱電偶輸出電勢不變，即可達到定溫的目的。此時，P2(I2?I0)；

其中, I0為高真空時加熱絲的加熱電流。這種定溫過程可以通過手動，也可以通過自動動調節來實現。本設計是自動定溫式熱偶真空計。如前所述，定溫式熱偶真空計就是通過對規管加熱電流的調節，使在任何壓強下，熱電偶輸出電勢始終保持不變，從而根據輸入電流的大小來測定壓強值，即真空度。圖2-1是真空計測溫簡圖

圖2-1 熱偶規測溫原理

三．熱偶真空計系統設計

系統整體結構如下圖所示，本系統主要由熱偶規傳感器、信號放大電路、A/D轉換電路、顯示模塊、單片機控制系統、按鍵和電源系統組成。電源系統給熱偶規傳感器提供一恒定電流，熱偶規傳感器將被測真空環境的壓強信號轉換為微弱的電壓信號，將電壓信號放大處理，經過A/D轉換后送入單片機系統，在經過單片機系統的數據處理計算出測量環境的壓強值，最后通過顯示模塊顯示輸出。

圖3-1 熱偶真空計系統框圖

1．電源系統

本系統的電源由220V轉5V 的AC/DC電源適配器提供，該電源模塊參數如下： 輸出電壓精度Vo：?1%;負載調整率：?0.5%;輸出電流調整率：?0.5%;源效應：+0.2%;負載效應：+0.5%;波紋與噪聲：Vp?p?1%;溫度系數：+0.02%/oC;過載、過熱保護（短暫）。

2．信號放大與處理

1）真空規管的選擇

本設計采用ZJ-53B型玻璃熱偶真空規管，該規管熱容量很小的鎳鉻-康銅作為加熱絲和熱偶絲，經過穩定化處理具備環境溫度自動補償和粉塵防護功能。該型規管具有結構簡單、量程較寬、響應較快、抗污染、耐氧化、漂移小、壽命長、性能穩定、價格適中等特點，是一種廣泛應用的熱傳導式低真空測控傳感器。主要技術 參數如下：

4?10測量范圍：21?10?1；

0加熱電流：28?1.5mA;熱絲冷阻:9.5?1?(23?3C);熱絲溫度:401500C;

零散性為環境溫度時，示值偏差不超過?20%。2）真空規管的連接與加熱 真空規管管腳的電氣連接如圖所示

圖3-2 規管管腳電氣連接 2、7 加熱絲 4、5 熱偶絲ZJ-53B 加熱2、7管腳之間的熱偶絲采用恒流源電路，電路圖如下：

圖3-3 恒流源加熱電路 3）信號放大與A/D轉換電路

信號放大電路的主要功能是將傳感器測得的微弱電壓信號進行適當的放大，便于信號處理，本設計信號放大部分采用斬波穩零運算放大器ICL7650。本系統 A/D轉換電路選用ADS1286芯片。

4）信號處理和控制

本部分由主控單片機、LCM顯示器、按鍵組成。主控單片機負責把從A/D轉換器讀取的電壓值轉換成壓強值，并輸出到LCM顯示器上。

圖3-4 信號放大與A/D轉換電路

3.軟件設計

本設計程序的編寫主要在KeilC編譯環境下進行，KeilC編譯環境功能強大、支持C語言和匯編語言，內部更有強大的調試系統。1.初始化

初始化主要完成對單片機的初始化，初始化過程結束后進入等待狀態，初始化過程如圖

圖3-5 初始化程序流程圖 2.主程序

主程序通過循環調用各個功能模塊完成相應的功能。

四．硬件連接及調試

1.恒流源電路調試實驗 2.液晶顯示模塊實驗 3.信號放大實驗 4.整體調試