基于Cortex-M4微功耗数据采集器的硬件设计与实现

发布时间：2017-10-13 04:36

  本文关键词：基于Cortex-M4微功耗数据采集器的硬件设计与实现

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【摘要】：在电子产品的设计和应用中,如何控制系统的功耗一直是一个重要的议题。近年来,ARM公司设计的32位Cortex-M内核被越来越多的MCU原厂商采纳,其中作为Cortex-M系列中的佼佼者,ARM Cortex-M4处理器是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器,旨在满足如今混合数字信号控制市场,对效率更高、使用更简便的控制和信号处理功能的迫切需求。同时,ARM Cortex-M4处理器为汽车系统、嵌入式音频和电源管理、电机控制以及工业自动化等领域,提供了一种更为灵活的、新兴类别的解决方案。本文通过对Cortex-M4处理器的优良性能和关键技术的深入研究,并与同类产品的性能进行细致的对比,提出了一种以基于Cortex-M4的微控制器为核心,对外围电路进行重新设计和优化,并加以实现。从而替代以MSP430为控制核心的数据采集器的设计方案。主要用于在油田等工业生产环境中,对液位、温度、压力、流量等各种数据进行采集。使其在不同的工作模式下,达到性能更强、功耗更低的目标。最终系统测试的结果表明,本次设计和实现的数据采集器系统在性能和功耗上,都有很大的优越性。可以预见,在应用于工业生产后,对于降低成本与功耗,将具备强有力的推动作用。
【关键词】：Cortex-M4 微功耗 数据采集器 硬件设计
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及来源8
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 课题来源8
• 1.2 课题的目的和意义8-10
• 1.3 国内外研究现状与发展前景10-11
• 1.3.1 国内外研究现状10-11
• 1.3.2 发展前景11
• 1.4 论文的主要研究内容11-12
• 1.5 论文的组织结构安排12-13
• 第二章 ARM Cortex-M系列处理器功能简介13-31
• 2.1 Cortex-M系列处理器概述13-21
• 2.1.1 Cortex-M系列处理器关键技术13-16
• 2.1.2 Cortex-M系列处理器规范16-20
• 2.1.3 Cortex-M系列处理器性能综述20-21
• 2.2 Cortex-M4 处理器功能分析21-24
• 2.2.1 内核结构22-23
• 2.2.2 信号控制23
• 2.2.3 嵌入式应用23-24
• 2.3 基于Cortex-M4 的ATSAM4L研究24-30
• 2.3.1 ATSAM4L概述24-25
• 2.3.2 ATSAM4L功能模块简介25-27
• 2.3.3 ATSAM4L的内部存储27-28
• 2.3.4 微功耗技术PicoPower28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 数据采集器总体结构设计31-38
• 3.1 数据采集器概述31-33
• 3.1.1 数据采集器的应用分析31
• 3.1.2 一般数据采集器组成结构31-33
• 3.2 基于MSP430 数据采集器概述33-36
• 3.2.1 MSP430 系列单片机简介33-34
• 3.2.2 MSP430 数据采集器总体结构34-36
• 3.3 基于Cortex-M4 数据采集系统结构设计36-37
• 3.3.1 系统总体结构36-37
• 3.3.2 数据采集单元设计37
• 3.3.3 主控板单元设计37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 硬件平台设计38-55
• 4.1 低功耗设计38-42
• 4.1.1 内部电路微功耗设计38-39
• 4.1.2 外部电路的微功耗设计39-40
• 4.1.3 SAM4L的低功耗模式及实现40-42
• 4.2 功能描述42-43
• 4.3 无线传输方案设计43-47
• 4.3.1 Zigbee技术简介43-44
• 4.3.2 Zigbee功能特点44-45
• 4.3.3 Zigbee网络层次设计45
• 4.3.4 基于Zigbee的低功耗设计45-46
• 4.3.5 低功耗路由算法分析46-47
• 4.4 器件选择47-48
• 4.4.1 CPU芯片选择47
• 4.4.2 其他功能模块主要器件选型47-48
• 4.5 MCU及外围电路设计48-54
• 4.5.1 MCU电路设计48-49
• 4.5.2 复位电路设计49-50
• 4.5.3 存储系统改进50-51
• 4.5.4 Zigbee模块电路设计51
• 4.5.5 LCD显示屏关键电路51-52
• 4.5.6 RS485 电路优化52-53
• 4.5.7 电源模块电路设计53
• 4.5.8 JTAG接口电路53-54
• 4.6 软件总体设计方案54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 硬件平台测试55-62
• 5.1 硬件调试55-57
• 5.1.1 测试所需环境和设备55
• 5.1.2 上电前测试55
• 5.1.3 功能测试55-57
• 5.2 功耗测试57-61
• 5.2.1 现场实时功耗测试分析57-60
• 5.2.2 系统优化前后功耗对比60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 结束语62-63
• 6.1 论文完成的工作62
• 6.2 问题和展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 沈建华;;ARM处理器与嵌入式系统[J];单片机与嵌入式系统应用;2010年11期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨波;低功耗微处理器体系结构的研究与设计[D];西北工业大学;2002年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 臧宝志;基于嵌入式移动电费代收系统的开发与实现[D];华北电力大学（北京）;2011年

2 刘卉;一种输油管线监测计量系统的设计与实现[D];华中科技大学;2006年

3 周文;嵌入式系统低功耗设计方法研究[D];湖南师范大学;2008年

4 郑蓉;基于ARM7的多相位交通信号控制器开发与实现[D];上海交通大学;2009年

5 侯贵双;微功耗RTU应用系统研究与实现[D];西安石油大学;2010年

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7 陈彦明;微缩智能汽车控制系统的设计与实现[D];湖南大学;2013年

8 陈涛;基于Cortex-M4内核的AT91SAM4L32位处理器低功耗的研究[D];厦门大学;2014年

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本文编号：1022892