基于ARM的上位机监控系统软件设计.

彤：易司２００７年第２６卷第１０期基于ＡＲＭ的上位机监控系统软件设计李丹童亦斌金新民（北京交通大学电气工程学院１０００４４）摘要基于监控系统的硬件设计了一套高性能的软件，包括液晶显示、触摸屏控制、实时时钟和Ｅ２ＰＲＯＭ存储器读写，以及４８５串行通信，并给出了部分程序框图和系统实际运行效果图。

关键词ＡＲＭ液晶屏触摸屏１引言在现代工业的生产和应用中，许多设备对监控系统的性能要求很高，这对监控系统的硬件和软件设计都提出了很高的要求。

功能、效率和成本成为监控系统设计过程中需要考虑的重要因素。

ＡＲＭ内核是ＡＲＭ（ＡｄｖａｎｃｅｄＲＩＳＣＭａｅｈｉｎｅｓ）公司面向低运算市场设计的第一款ＲＩＳＣ（精简指令集计算机）微处理器，具有高性能、低代码规模、低功耗、小的硅片尺寸和低成本的特点…。

基于ＡＲＭ设计的监控系统，不仅功能强、效率高、成本低，而且人机界面友好。

完整的监控系统由硬件和软件两部分系统组成，这两部分密切相关，相辅相成。

一个好的硬件平台，如果没有高效、可靠的应用软件做支持，其功能也难于实现。

本文摹于ＡＲＭ的监控系统的硬件设计了一套高性能的运行软件，以提高系统的整体性能。

２监控系统硬件２．１系统结构整个上位机监控系统以ＬＰＣ２２９４ＡＲＭ芯片为核心，将其与彩色液晶显示屏、触摸屏、Ｅ２ＰＲＯＭ存储器、实时时钟以及ＲＳ４８５通信模块有机结合，通过串行通信与下位机的监测装置相连，实现设备状态的显示以及参数的修改和存储的功能。

系统的整体结构框图如图１所示，点画线方框内的部分为下位机的监测装置。

２．２模块选型液晶屏显示模块选用ＳＨＡＲＰ公司生产的ＬＱ０５７Ｑ３ＤＣ０２一ＬＣＹ９９０７３Ｂ５．７寸ＴＦＴ真彩液晶一７２一万方数据显示屏以及德彼克公司生产的ＯＶＴＣ０２控制器和ｃｘＡ—Ｌ０６１２Ａ—ｖＪＬ背光源。

触摸屏控制模块采用５，７寸的四线电阻式触摸屏．通过ＡＤＳ７８４３芯片对其进行控制。

实时时钟选用Ｘ１２２６。

Ｅ２ＰＲＯＭ存储器选用ＦＭ２４ＣＬ６４。

串行通信接口芯片选用。

ＭＡＸ４８５。

图１监控系统整体结构框图２．３ＬＰＣ２２９４ＡＲＭ芯片介绍ＬＰＣ２２９４ＡＲＭ芯片是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司基于ＡＲＭ７内核生产的微处理器，是一个基于支持实时仿真和跟踪的３２位ＡＲＭ７ＴＤＭＩＳ”ＣＰＵ的微处理器，并带有２５６ＫＢ嵌入的高速片内Ｆｌａｓｈ存储器。

片内１２８位宽度的存储器接口和独特的加速结构使３２位代码能够在最大时钟速率下运行。

由于此系列芯片有多个３２位定时器、８路１０位ＡＤＣ、多达９个外部中断以及极低的功耗，使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和ＰＯＳ机…。

本监控系统ｌ殳计中用到的ＬＰＣ２２９４的功能模块主要有：①内部Ｆｌａｓｈ存储器。

②外部存储器ＣＳ０、ＣＳｌ和ＣＳ２，用于外部ＲＡＭ、外部Ｆｌａｓｈ和ＬＣＤ控制器接｜１。

⑧定时器。

④１２ｃ总线接口。

⑤基于ＡＲＭ的卜位机监控系统软件设计异步串行通信口ＵＡＲＴＯ。

３监控系统软件设计３．１软件设计规范为保证软件高效可靠的工作，又具有良好的扩展性和可移植性，软件设计遵循分层编写的原则，且具有模块化的特点。

软件设计按其功能分为主控层、算法层和接口层。

三层各自独立，层与层之间只通过简单的状态标志位建立逻辑上的联系。

主控层不涉及具体的操作，只负责各个任务的调度、中断的安排、时间和优先级的处理等。

算法层负责具体任务的执行，控制算法的实现。

系统的主要功能全都在算法层中体现。

算法层中的各个程序模块之间通过标志位来联系，一般不互相调用。

每个标志位具有明确的含义．尽量不要在多处对同一标志位进行设置和清除。

接口层主要负责与硬件的接口，所有跟外设有关的操作都在该层进行处理。

为了提高软件的可读性、可写性和可移植性，整个监控系统软件采用ｃ语言编写。

３．２液晶屏显示液晶屏需要显示的内容丰富、信息量大，其显示软件的设计是整个软件系统设计的一个重点和难点。

液晶屏显示的内容主要有开机画面、密码认证界面、系统状态界面、系统参数－匮置界面和当前时间值等。

液晶屏的显示采用整屏刷新的方式，且数据的存储和液晶屏的刷新采用异步动态的方式。

这样不仅便于程序的编写，有助于程序结构的精简．增加程序的可读性和可移植性．而且可避免因长时间显示一个固定画面而导致某些液晶像素过热、造成对应的薄膜晶体管被烧坏【２ｊ。

液晶整屏显示的数据量大，为７６８００Ｂ，而液晶控制器的时钟周期为１０Ｍ，显示一屏的数据需要几十毫秒的时间。

为了提高程序执行的效率，显示数据缓冲区的清空、赋值和液晶屏的刷新采取异步的方式。

每ｌＯＯｍｓ执行一次显示控制程序，第１个１００ｍｓ到时，执行数据缓冲区的清空；第２个１００ｍｓ到时，执行缓冲区数据的・赋值；第３个ｌＯＯｍｓ到时，执行液晶屏的显示刷新，然后再循环执行。

３．３触摸屏控制设计触摸屏的控制软件和设计按键的控制软件万方数据嘭；与调２００７年第２６卷第１０期一样，也需要有消抖和滤波等环节。

另外，用户一般会用手指、笔头等截面积不是很小的物体触击触摸屏，屏上被触摸的面积相对较大。

ＡＤＳ７８４３测量出的坐标值是物体接触到屏的第一点的坐标，用户两次触击同一点，其测量出的坐标也会有一定的偏差。

所得坐标值的精度受触摸屏本身电阻材料的均匀性、ＡＤＳ７８４３模拟电子开关的内阻以及Ａ／Ｄ转换器自身转换精度的影响。

在设计触摸屏控制软件时特别需要考虑这些因素。

设计触摸屏控制软件程序，首先应判断是否有点被触摸，如果有点被触摸，则启动延时，等待延时时间到，如果仍有点被触摸，再启动Ａ／Ｄ转换，连续多次读取坐标值，将平均值作为最后的转换结果。

３．４液晶屏显示和触摸屏控制的协调配台液晶屏显示和触摸屏控制是两个独立的模块，它们之间没有任何的连接，各自的坐标系、坐标原点也是完全不同的，液晶屏的分辨率是３２０×２４０，而触摸屏的分辨率是４０９６ｘ４０９６。

触摸屏需要根据液晶屏的坐标原点和精度重新定位坐标，使其测量出的坐标与液晶屏上的坐标对应。

把触摸屏固定在液晶屏上，用笔尖等截面积较小的物体点击触摸屏上对应的液晶屏的原点和对角点，测出这两点的坐标值，设为（ｘｏ，Ｙｏ）和（Ｘｌ，Ｙ１）。

则触摸屏上的点（ｊ…Ｙ。

）所对应的液晶屏的点（工，１，）的坐标换算公式如下１ｙ＝％等。

（盖。

一工ｏ）×３２０２—１瓦＝瓦。

厂在整个触摸液晶屏的控制程序中，采用定时调用触摸屏控制程序的方式读取按键值。

当触摸屏被触摸时，通过触摸屏的控制程序得出触摸点的坐标，运用上面的公式把坐标换算成对应的液晶屏上的坐标，通过循环查询按钮结构体数组的方式判断是否有按键被按下，并把按键值返回。

然后调用按键处理程序，改变显示缓冲区中的数据，从而实现用触摸屏控制、改变液晶屏显示内容的功能。

３．ｓ实时时钟Ｘ１２２６和酽ＰＲＯｌＶｌ存储器ＦＭ２４（１６４的读写控制实时时钟ｘｌ２２６和Ｅ２ＰＲＯＭ存储器ＦＭ２４ＣＬ６４都支持１２ｃ总线协议，读写的时序和步骤也基本相同，只是器件的地址有所不同。

１２ｃ总一刀一嘭Ｚ量胡２００７年第２６卷第１０期线接收／发送数据程序控制框图如图２所示。

基于ＡＲＭ的上位机监控系统软件设计表２下位机发送信息格式数据的接收采用中断的方式，其控制程序框图如图３所示，数据的发送采用查询标志位的方式。

图２ｆ２ｃ总线接收／发送数据程序控制框图使用１２Ｃ总线时，首先将ＬＦＣ２２９４引脚功能选择寄存器０（ＰＩＮＳＥＬ０）的第４—７位设置为１０１０，以选择ｉ２Ｃ控制口，然后设置总线速率，再使能１２ｃ，开始发送／接收数据…。

为了提高程序运行的效率，设计中设置１２Ｃ总线速率为４００ｋＨｚ。

在对Ｘ１２２６和ＦＮ２４ＣＬ６４进行数据读取之前，必须先进行虚写，将器件地址的读写位（Ｒ／Ｗ）置零，发送完器件地址和数据地址后，重新启动总线，将器件地址的（Ｒ／Ｗ）位置１，再发送器件地址，然后才开始数据的读取。

３．６４８５串行通信串口配置：（１）物理接口ＲＳ４８５。

（２）波特率９６００ｂｉｔ／ｓ。

（３）起始位１位。

（４）数据位８位。

（５）奇偶校验位无。

上位机和下位机发送信息格式如表１、表２所示。

表１上位机发送信息格式图３——７４——４８５通信接收中断控制程序框图万方数据基于ＡＲＭ的上位机监控系统软件设计嘭；每国２００７年第２６卷第１０期３．７监控系统整体控制软件系统整体控制软件，主要完成的功能是将各功能模块有机地结合起来，实现各模块控制程序的协调调用，整体控制程序框图如图４所示。

图６参数设置界面５结束语基于ＡＲＭ的上位机监控系统，具有较强的功能，能显示设备的运行状态、修改和存储参数、显示实时时钟等。

整个软件系统具有较好的可读、可写和可移植性，显示的内容丰富，信息量大，且具有很好的人机交互界面，在工业控制中有一定的应用前景。

参考文献［１］周立功，等ＡＲＭ与嵌入式系统基础教程［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００４．［２］张健浪．液晶显示嚣技术内幕（续）［Ｊ］，微型计算机，２００３（ｉ０）：９６—１０１［３］崔如春．潭海燕电阻式触摸屏的坐标定位和笔画处理技术［Ｊ］仪表技术与传感器，２００４（８）：４９—５０．图４整体程序控制框图４实验结果以高压逆变器监控系统为例，触摸液晶屏显示监控系统运行效果图如图５、图６所示。

ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＴｏｐｐｅｒＣｏｍｐｕｔｅｒＭｏｎｉｔｏｒａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄＯｎＬｉＤａｒｔ（ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）ＡＲＭＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｔＴｌｅｌｅｎｔ∞ｎｗａ弛ｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｉｌｔｈｅｈａｒｄｗａ耻ｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｉｑｕｉｄｃｚｙｓｔａｌｄｉｓ－ｐｌ町，ｔｏｕｃｈ８ｃｒｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｏｃｋａｎｄＥ２ＰＲＯＭｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ，ａｎｄ４８５ｓｅｒｉａｌｃｏｒｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｃｈａｒｔｓａｒｅｇｉｖｅｎｏｕｔ．ａｎｄＡＲＭｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｍｕｌｔｋｓｈｏｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｔｏｕｃｈ∞ｒｅｅｎ收稿日期：２００６一】１—０３图５状态显示界面欢迎诃闻欢迎投稿欢迎删登广告——７５万方数据基于ARM的上位机监控系统软件设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：李丹，童亦斌，金新民北京交通大学电气工程学院,100044电气应用ELECTROTECHNICAL APPLICATION2007,26(10)2次参考文献(3条)1.周立功 ARM与嵌入式系统基础教程 20042.张健浪液晶显示器技术内幕(续)[期刊论文]-微型计算机 2003(10)3.崔如春.潭海燕电阻式触摸屏的坐标定位和笔画处理技术[期刊论文]-仪表技术与传感器 2004(08)引证文献(2条)1.李鹏.李郁侠.任丽丽.张斌基于ARM-Linux与超声波技术的多功能监测系统设计[期刊论文]-电网与清洁能源2010(4)2.程治新.廖学兵.黄林昊.赵凌基于ARM7的自行火炮火控系统测控平台研究[期刊论文]-计算机测量与控制2009(12)本文链接：/Periodical_dgjszz200710021.aspx。