嵌入式课程设计嵌入式课程设计题目简单.docx
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嵌入式课程设计嵌入式课程设计题目简单
嵌入式课程设计嵌入式课程设计题目简单
四川理工学院计算机学院
《嵌入式系统应用开发》
课程设计报告
题目：
串口数字时钟设计学院
专业：
班级：
xx级1班
姓名：
黄海雷宋涌周礼佟
学号：
[1**********]指导教师：
居锦武
xx年6月20日
教师评语：
总分：
教师签名：
摘要
随着嵌入式系统和GPRS无线网络的发展，GPRS无线数据终端为工业生产中的远距离数据传输带来了更佳的传输途径，摆脱了有线数据传输的局限性，极大地节省了后期维护费用，降低了成本，满足了日益增长的工业需求。
GPRS无线数据终端的研究具有广泛的意义和良好的商业前景。
本文主要设计并实现基于ARM的GPRS无线数据终端。
该系统以ARM7系列微处理器为
核心，通过AT指令控制自带有完整TCP/IP协议栈的无线数据模块。
结合GPRS通信网络的特点分析无线数据传输嵌入式系统的设计过程，给出系统的具体实现方案，提出硬件、软件系统的设计流程、开发要点和实现过程。
本系统经过几个月的设计制作，较好的完成了无线数据终端的各项功能。
关键词：
GPRS；嵌入式；ARM；AT指令；TCP/IP协议
ABSTRACT
withthedevelopmentofembeddedsystemsandGPRSwirelesswork,GPRSwirelessdataterminalshaspoughtabetterwayoftransmissionforlong-rangedatatransmissioninindustrialproduction,gettingridofthelimitationsofwireddatatransmission,savingsignificantlyinthelatermaintenancecosts,reducingcostsandmeetingthegrowingindustrialdemand.TheresearchoftheGPRSwirelessdataterminalhaspoadmeaningsandgoodbusinessprospects.
ThepapermainlydesignsandimplementstheGPRSwirelessdataterminalbasedonARM.ThesystemdependingonARM7familymicroprocessorcancontrolwirelessdatamodulewithapleteTCP/IPprotocolstackthroughATmands.Makeananalysisofthedesignprocessoftheembeddedsystemforwirelessdatatransmission,binedwithGPRSmunicationworkcharacteristicsandgiveaspecificsystemimplementationincluding:
thehardwareandsoftwaredesignprocess,developmentpointsandtheimplementationprocess.
Thedesignispletedforseveralmonths,implementingvariousfunctionsofthewirelessdataterminal.
Keywords:
GPRS;Embedded;ARM;ATmand;TCP/IPprotocol
1绪论.................................................................................................1
1.1研究背景..................................................................................................................11.2研究意义..................................................................................................................1
2系统总体设计................................................................................2
2.1系统功能要求..........................................................................................................22.2系统组成..................................................................................................................22.3AT指令集.................................................................................................................2
3硬件电路设计................................................................................3
3.1电源电路具体设计................................................................错误！
未定义书签。
3.2主控外围电路..........................................................................................................43.3串口通信电路..........................................................................................................43.4无线模块电路设计...................................................................................................5
4软件程序设计................................................................................6
4.1软件设计流程..........................................................................................................64.2主要程序说明..........................................................................................................7
4.2.1程序代码.......................................................................................................74.2.2头文件介绍.................................................................................................1
5系统调试......................................................................................1
5.1硬件调试................................................................................................................15.2软件调试................................................................................................................1
6...............................................................................................1__..........................................................................................15
1绪论
1.1研究背景
计算机与通信技术的不断发展，极大地促进了工业领域及其它领域的自动化和化的发展。
以前在工业领域大多采用由单片机构成的数据处理系统和PC机通过串行口构成的微机系统，主要是针对于生产过程分布范围不大、相距不远的场合，这些系统大多采用RS-232，RS-485或有线MODEM的通信方式，虽然经济实用，但是采用有线的数据传输方式，在很大程度上限制了应用场合的拓展。
随着企业生产规模不断扩大，不同的生产部门可能在地域上分布极广，相距遥远，如电力、铁路、采矿和石油等，这些部门要对相距遥远的生产过程进行数据传输，如果还是沿用有线的传输方式，则在技术上和经济上都是不足取的。
所以采用无线的方式来进行数据传输的需求就日益突出了。
在通信领域中，移动通信（GPRS）网则是这个领域中发展最积极最活跃最快的分支之一。
GPRS（GeneralPacketRadioService）即通用分组无线业务，是在现有GSM网络上开通的一种新型的数据传输技术，GPRS采用分组交换方式，仅在实际传送和接收数据时才占用无线资源。
GPRS理论上可提供高达171.2kb／s的传输速率。
除了速度上的优势外，GPRS还有“永远在线"的特点，即用户可随时与网络保持联系。
另外分组交换接入时间的缩短，能提供快速即时的连接，可大幅度提高一些事务的效率。
利用现有的GPRS网络资源，发挥网络覆盖率高、永远在线等优势，为现有数据传输系统提供一种便捷的无线传输方式。
而嵌入式系统是一门交叉学科，其支柱学科包括微电子学科、计算机学科、电子技术学科和对象学科。
微电子学科是嵌入式系统发展的基础，对象学科是嵌入式系统应用的归属学科，计算机与电子技术学科是嵌入式系统技术发展的重要保证。
在当今社会中，嵌入式系统已经广泛应用于信息家电、移动通讯、手持通信终端、仪器仪表、航空航天以及工业控制等领域，为人们工作和生活带来了极大的便利，是当前研究最为热门的领域之一。
1.2研究意义
随着通信技术的高速发展，GPRS无线通信网络已与互联网连接在一起，成为一种可持续利用和开发的资源；嵌入式系统也由于功耗低、性能强等特点，被广泛应用于通信、工业控制等领域。
所以，利用嵌入式系统和GPRS网络，对GPRS无线数据终端进行设计可以通过GPRS网络连接到互联网，为用户提供透明的数据传输通道，适合于移动环境和难于分布的场所以及偏远地区。
如何利用嵌入式系统实现无线终端，并通过GPRS无线网络进行数据传输是一个具有实用意义的研究。
GPRS无线数据终端作为数据传输终端的载体，有广阔的市场和良好的商业前景。
2.1系统功能要求
GPRS无线数据终端功能有：
系统可以在7V-40V宽电压范围供电，也可5V供电；具有232、485两种通信接口；系统上电初始能够通过串口对IP地址、网络端口号等登陆参数进行配置且掉电参数非易失；自动登陆网络建立TCP连接；能够对下行数据进行解析处理完成数据的透明传输；支持心跳包发送，保持永久在线。
2.2系统组成
根据系统功能要求系统大体分为五部分：
电源部分、存储部分、串口通信部分、系统主控部分、无线通信部分。
电源部分为各功能模块部分提供电源支持，主控部分与存储部分为主从模式，存储主要的参数和相关数据。
通过串口通信部分完成参数配置和下位机数据交换的任务。
主控部分完成数据的接受、发送、校验、解析等处理，通过和无线模块的通信完成数据的无线透明传输。
2.3AT指令集
AT即Attention，AT指令集是从终端设备（TerminalEquipment，TE）或数据终端设备向终端适配器（TerminalAdapter，TA）或数据电路终端设备发送的。
通过TA，TE发送AT指令来控制移动台的功能，与GSM网络业务进行交互。
用户可以通过AT指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。
90年代初，AT指令仅被用于Modem操作。
没有控制移动电话文本消息的先例，只开发了一种叫SMSBlockMode的协议，通过终端设备（TE）或电脑来完全控制SMS。
几年后，主要的移动电话生产厂商诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP共同为GSM研制了一整套AT指令，包括对SMS的控制。
AT指令在此基础上演化并被加入GSM07．05标准以及现在的GSM07．07标准。
SMS的控制共有3种实现途径：
最初的BlockMode；基于AT指令的TextMode；基于AT指令的PDUMode。
到现在PDUMode已经取代BlockMode，后者逐渐淡出。
GSM模块与计算机之间的通信协议是一些AT指令集，AT指令是以AT作首，字符结束的字符串，AT指令的响应数据包在每个指令执行成功与否都有相应的返回。
其他的一些非预期的信息（如有人拨号进来、线路无信号等），模块将有对应的一些信息提示，接收端可做相应的处理。
本文用到的基本指令有：
AT、ATE0、AT+ZPNUM="CMNET","",""（设置APN指令）、
AT+ZPPPOPEN（激活APN指令）、AT+ZIPSETUP=1,60.208.26.237,3030（建立TCP网络连接指令）、AT+ZIPSEND=1,10（发送数据指令）。
硬件电路设计的具体设计任务：
首先分析硬件系统各部分的功能要求，选择合适的器件，完成各部分电路的设计，然后利用Protel99se进行硬件电路原理图的总体设计和PCB的设计，完成硬件设计。
3.1电源电路具体设计
在宽电源供电下，首先7-40V的直流电源进过LM2576DC-DC变换成5V直流电，然后LM2576的输出经MIC29302转换给无线模块供电，同时LM2576输出的5V直流电经芯片SP6201-3.3转换成3.3V给3.3V芯片供电。
在图3.1中的电路中，LM2576输入端和输出端（MIC29302的输入端）的两个二极管IN5408为保护二极管以防电源接反损坏芯片，D3为稳压管，稳定电源输出,电感L1作用是滤波，使输出5V电压更加稳定。
图3.2中VBAT为MIC29302的输出，直接给MG2639模块供电。
MG2639模块要求供电电压在3.4V-4.25V之间。
由R21=R1?
（
VoutR
-1）得VBAT=21?
1.250+1。
为满足1.240R1
要求R21/R1在1.92-2.6之间，故R21=2.2K、R1=1K，计算得VBAT=3.75V。
.3
图3.3中芯片SP6201-3.3是把5V电压转换成3.3V，为3.3V器件供电，EN接高电平使能转换，RSN为低电压检测复位端。
当输出电压过低时，延时检测发出复位信号。
本系统未用此端。
C15、16为电源端去耦电容。
3.2主控外围电路
主控电路主控芯片为LPC2132，采用外部看门狗，外部看门狗芯片选择SP706。
SP706S供电电源为3.3V，系统上电后，SP706S自动产生200ms低电平复位信号，使MCU正常复位。
MCU配置一个I/O管脚为输出，并接到WDI。
如果I/O固定为HIGH或LOW电平不变，则1.6s后，SP706S内部的看门狗定时器就会溢出并使/WDO输出低电平，而/WDO已连接到手动复位/MR，因此会导致/RST管脚输出低电平复位信号使MCU重新复位。
MCU在正常工作情况下当然是不允许这样反复复位的，因此必须在程序里及时反转I/O的状态，该操作被形象地称为“喂狗”。
每次反转WDI输入状态都能够清除SP706S内部的看门狗定时器，从而确保/WDO不会输出低电平（为保证可靠，喂狗间隔应当小于1s）。
利用外部看门狗的好处是使系统更加稳定可靠，避免内部看门狗定时器限制系统功能。
晶振电路晶振选择11.0592MHZ，这样使得系统时间更加准确。
3.3串口通信电路
由于在工业现场大部分的串口通信接口，一般采用RS-232或RS-485接口方式，为了满足不同用户的需求，本系统设计了两种接口方式，可供用户根据自身条件自由选择。
故选用sp3232en和sp3485en作为GPRS无线终端与下位机的通信接口。
sp3232en和sp3485en供电电源均为3.3V，均为工业级芯片。
如图3.6所示，485电路中的CON2、CON3是232与485的通信接口切换接线端子，当RXD0与3485RXD短接、TXD0与3485TXD短接时，系统对外为485接口，反之为232接口。
A、B输出末端的电阻作为线路的匹配电阻，也是为了避免信号的反射影响系统性能。
UC0504A集成了四个TVS管，在A、B线路上各接一个TVS管，瞬态电压抑制器TVS可以有效的保护器件免遭瞬态高压的损害，它可以瞬间由高阻态变成低阻态，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
J5
为485对外接口。
当REDE为高电平时主控向485发送数据，为低电平是经过485接收数据。
COM0_T1OUTCOM0_R1IN
1
27895
J6
C7104
DB9
3.4无线模块电路
无线模块MG2639模块是28引脚邮票接口模块，功能支持短信、语音通话、数据传输业务。
无线模块MG2639模块具有一个完整全双工UART接口（以下简称UART串口），最大速率为115200bps，对外接口为2.8VCMOS电平信号，逻辑功能符合RS-232接口协议中的规定。
这路UART串口可作为串行数据接口，通常用于AT指令、数据业务、升级模块软件等。
鉴于本系统的功能需求，本设计主要用到的是数据传输业务。
用到的引脚有RXD、TXD串口引脚，RSSI_LED为网络信号指示和与SIM卡相关的信号引脚。
SIM卡电路电源为MG2639V_CARD输出电压提供，MG2639支持1.8V/3.0V的SIM卡。
由于SIM卡的设计需要满足ESD电气性能，防止环境下ESD损坏SIM卡的情况，故本设计在4路SIM卡信号上都加上了TVS器件。
并且在4路SIM卡信号上都加了电容值为22PF的滤波电容。
减少信号的干扰。
CLK为SIM卡的时钟，DATA为SIM卡的数据，RST为SIM卡的工作复位信号。
4软件程序设计
4.1软件设计流程
本文软件设计部分，主要按照系统工作过程进行的设计。
首先是对LPC2132涉及到的各功能部分进行初始化设置，包括主频、串口、定时器、I2C总线。
其次是对GPRS登陆参数进行设置，包括连接的IP和相应的端口号。
最后建立TCP服务器链接，进入TCP工作模式，完成上下行数据的透明传输。
图4.1为具体流程图。
4.2主要程序说明4.2.1程序代码
#include"byshj.h"ucharor_At[]="AT\r\n";
ucharor_Anum[]="AT+ZPNUM=\"CMNET\",\"\",\"\"\r\n";//设置APNucharor_Aopen[]="AT+ZPPPOPEN\r\n";//激活APN
ucharor_Aipset[40]="AT+ZIPSETUP=1,60.208.26.237,3030\r\n";//建立连接
ucharor_Asend[]="AT+ZIPSEND=1,10\r\n";//要发送的数据及长度
ucharor_Aipstatus[]="AT+ZIPSTATUS=\r\n";//连接状态查询ucharor_Ate0[]="ATE0\r\n";
ucharor_A0send[]="AT+ZIPSEND=1,1\r\n";
ucharor_re0[MAXL]="123456789";//串口0接受的数据ucharor_re1[MAXL]="123456789";//串口1接受的数据uchareror[]="TCPConnectedFail!
";
ucharconfig[]="PleaseinputIP&Port\r\n";//22
ucharaffirm[]="PleaseaffirmIP&Port,Right:
input0Error:
input1\r\n";uchardef_ip[]="ChooseIP&Portdefult!
";ucharcg_s[]="Suessful\r\n";ucharcg=1;ucharset_len=34;
externuintmnum;//串口1接收数据长度externuintnnum;//串口0接收数据长度externuintHbt;externucharUp_d
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