基于ARM的微热板式气压传感器测试仪的研制

论文摘要

随着微电子和微机械加工技术的发展,研制尺寸小、重量轻、功耗低、响应快且易与IC（Integrated Circuit）集成的微热板式气压传感器成为可能并受到重视。在国内,对半导体固态压力传感器的研究已经很深入,但对微热板式气压传感器的研究才刚刚起步。在此类微传感器的研究中,针对传感器响应特性及各种性能指标的测试研究具有非常重要的意义。 本文首先介绍了微热板式气压传感器的结构,分析了其传热特性,设计了恒压电桥、恒电流、恒功率以及恒温四种测试方案。同时,从理论上分析了不同方案下传感器的响应特性。在此基础上,为实测微热板式气压传感器的工作特性,研制了一种基于ARM的微热板式气压传感器测试仪。文中详细论述了测试仪的全部设计开发过程,包括测试仪的需求分析、总体设计、功能模块的划分以及软硬件的设计与实现。 测试仪在硬件方面,主要包括基于S3C44B0X的核心板设计,集成ADC、DAC以及其它I/O设备的副板卡设计,模拟信号处理板卡的设计,仪表外壳及接口设计。在软件方面,采用μC/OS-Ⅱ实时操作系统的多任务环境,利用其多任务调度功能,合理地协调和组织测试仪的各种硬件资源,提高整个系统的实时性和可靠性。采用μC/GUI实现了测试仪的波形显示功能,便于用户观察传感器信号和气压信号的变化趋势及细微波动。系统中各个功能都设有中文帮助菜单,以便于用户使用。此外,测试仪还扩展了与上位机通信、自动报警、控制量输出和气压模拟量输出等功能。 该测试仪的研制也为微热板式气压传感器将来的产业化做好了准备。经过实验证明,测试仪各项功能及测量精度均满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微热板式气压传感器的研究现状
• 1.2 测试仪表的研究现状与趋势
• 1.3 本文研究的内容
• 2 微热板式气压传感器及其测试方案的设计
• 2.1 微热板式气压传感器的结构
• 2.2 微热板式气压传感器传热特性的分析
• 2.3 微热板式气压传感器测试方案的设计与分析
• 2.3.1 恒压电桥模式
• 2.3.2 恒电流模式
• 2.3.3 恒功率模式
• 2.3.4 恒温模式
• 3 测试仪的总体设计
• 3.1 测试仪的开发方案
• 3.2 测试仪的需求分析
• 3.3 测试仪的总体框架
• 3.4 微控制器的选择
• 3.5 操作系统的选择
• 4 测试仪的硬件设计
• 4.1 S3C44B0X基本外围电路设计
• 4.1.1 时钟电路设计
• 4.1.2 复位电路设计
• 4.1.3 JTAG调试接口设计
• 4.2 存储系统设计
• 4.3 键盘接口电路设计
• 4.4 LCD接口电路设计
• 4.5 串行通信接口电路设计
• 4.6 A/D转换模块电路设计
• 4.7 D/A转换模块电路设计
• 4.8 电源模块设计
• 4.8.1 利用桥式整流电路实现±15V电源
• 4.8.2 核心板及副板卡电源模块
• 4.8.3 用于电桥测试模式的可调电压源
• 4.8.4 用于恒电流测试模式的可调电流源
• 5 测试仪的软件开发
• 5.1 系统引导加载程序的设计
• 5.1.1 阶段1的程序设计
• 5.1.2 阶段2的程序设计
• 5.2 μCOS-Ⅱ在 S3C44B0X上的移植
• 5.2.1 μC/OS-Ⅱ文件体系
• 5.2.2 μC/OS-Ⅱ的移植条件
• 5.2.3 μC/OS-Ⅱ的移植步骤
• 5.3 基于μC/OS-Ⅱ的功能扩展
• 5.3.1 键盘驱动程序设计
• 5.3.2 串口驱动程序设计
• 5.3.3 ADC驱动程序设计
• 5.3.4 DAC驱动程序设计
• 5.3.5 基于 μC/OS-Ⅱ的 μC/GUI在 S3C44B0X上的移植
• 5.4 基于μC/OS-Ⅱ的应用程序开发
• 5.4.1 信号采集任务
• 5.4.2 数据处理与存储任务
• 5.4.3 测量显示任务
• 5.4.4 与上位机的通信任务
• 6 测试仪在传感器测试中的应用
• 6.1 测试系统
• 6.2 测试结果与分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书