谈ARM对多传感器的精确定时

煤矿井下环境十分恶劣，随时可能遇到的塌方和煤粉尘大等情况，影响固定报警器检查瓦斯浓度的正常工作。安全检查最可靠的方式是，所有的下井人员人人都随身携带煤矿瓦斯报警器，随时检查井下瓦斯浓度；但仅检查瓦斯浓度往往是不够的，当井下的一氧化碳的浓度升高时对人体也是十分有害的。为了确保下井人员的安全，不仅随时要检查瓦斯浓度，同时也要检查一氧化碳浓度。

能同时检查两种以上有害气体的装置，既要便于携带，又要精确定时检查多种有害气体，这里选用32位ARM微处理器来实现该功能。

利用32位 ARM微处理器的优势，可以满足便于携带与精确定时报警的要求。本文将针对精确定时这一问题进行一些探讨。

1  ARM嵌入式随身瓦斯报警器的基本原理

如图1所示，瓦斯报警器主要包括：ARM芯片外部的输入输出部分，ARM芯片内部与外部输入连接的 A／D转换部分和与芯片内部与外部输出连接的GPIO部分。



1.1 输入输出部分

输入部分：由瓦斯传感器与一个模拟信号放大器通过跳线连接到P0.22引脚，将瓦斯模拟信号送入AIN0模拟输入通道0；一氧化碳传感器与另一个模拟信号放大器连接到P0.23引脚，将一氧化碳模拟信号送人 AIN1模拟输入通道1。

输出部分：由P0.17和P0.18引脚通过470 Ω电阻与LED发光告警二极管连接；P0.19引脚通过470 Ω电阻与一个蜂鸣器相连，电阻的作用是分压，以便产生中度蜂鸣告警；P0.20引脚直接与另一蜂鸣器相连，以便产生强度蜂鸣告警。

ARM LPC2103微处理器A／D转换器的特性是：10位逐次逼近式模数转换器；测量范围为0～3.3 V；10位转换时间≥2.44μs；1路或多路输入的Burst转换模式；转换触发信号可选择输人引脚的跳变或定时器的匹配情况；A／D转换器的基本时钟由VPB时钟提供，可编程分频器将时钟调整至4.5 MHz(逐次逼近转换的最大时钟)，10位精度要求的转换需要11个A／D转换时钟。

ARM 微处理器运行程序在A／D控制寄存器参数的控制下，将AIN0采集到的瓦斯模拟信号送入10位逐次逼近式模数转换器，转换后的数字信号值存入ADDR 0 A／D数字寄存器0。将这一值与瓦斯初告警值、瓦斯中度告警值、瓦斯强度告警值进行比较，在哪一种告警范围，立即进行哪一种告警。

将 AIN1采集到的一氧化碳模拟信号送入10位逐次逼近式模数转换器，转换后的数字信号值存入ADDR1A／D数字寄存器1。将这一值与一氧化碳初告警值、一氧化碳中度告警值、一氧化碳强度告警值进行比较，在哪一种告警范围，立即进行哪一种告警。

1.2 模拟信号采集通道的选择与设置

从图1可看到，P0.22引脚连接AIN0通道，通过设置ADOCR A／D控制寄存器，选择通道0采集瓦斯浓度信息，并设置转换时钟频率为1 MHz；BURST=0，软件控制转换操作；CLKS=0，使用11clock转换；PDN=1，正常工作模式；START=4，当EDGE选择的边沿出现在MAT0.1时启动A／D转换；EDGE=0，MAT0.1下降沿触发。

P0.23引脚连接AIN1通道，通过设置ADOCR A／D控制寄存器，选择通道1采集一氧化碳浓度信息，设置转换时钟频率为1 MHz；BURST=0，软件控制转换操作；CLKS=0，使用11clock转换；PDN=1，正常工作模式；START=5，当EDGE选择的边沿出现在MAT0.3时启动A／D转换；EDGE=0，MAT0.3下降沿触发。

2 精确的定时触发

A／D转换的硬件触发可通过定时器翻转功能触发A／D转换，这样无需CPU干预就能精确地定时触发(这是本文主要讨论的问题)。ARM LPC2103定时器0寄存器结构框图如图2所示。



初始化定时器0时，使定时器0匹配1(TOMR1)每逢第5 s时MAT0.1输出翻转；同时使定时器0匹配3(TOMR1)每逢第10 s时MAT0.3输出翻转。对定时器0设置代码如下：



因对于ADCR A／D转换控制寄存器的START位选择100～111时，MAT信号不必输出到引脚上。对于上述代码初始化定时器需要说明，MAT0.1的 START=4即十六进制的100，下降沿触发启动A／D转换。对于MAT0.3的START=5即二进制的101，下降沿触发启动A／D转换器。

怎样精确地定时触发呢?先设置定时器0清零复位(Fpclk=1 s)，每隔5 s，定时器计数器TC的值与TOMR1设置值相等时，MAT0.1输出信号翻转；每隔10 s时，定时器0复位。这样在定时器0复位后的第5 s时，MAT0.1输出再次翻转；MAT0.1每隔10 s输出翻转一次，它的精确匹配值是：

Fpclk×10 s(复位时间)-Fpclk×5 s(翻转时间)+Fpclk×5(再次翻转时间)=10 s

因为MAT0.1翻转2次才会有1次下降沿触发A／D转换，采集瓦斯浓度信息定时触发，即可精确地计算出MAT0.1每隔20 s产生1次下降沿，定时触发1次，采集一次新的瓦斯浓度信息。

同理，每隔10 s定时器计数器TC的值与TOMR3设置值相等时，MAT0.3输出翻转，并且定时器0复位。这样在定时器0复位后的第10 s时，MAT0.3输出再次翻转。MAT0.3每隔10 s输出翻转1次，因为MAT0.3翻转2次才会有1次采集一氧化碳浓度信息，即可精确地计算出MAT0.3，也是每隔20 s产生1次下降沿，定时触发1次，产生1次新的一氧化碳浓度信息。这样会给报警留有较长的时间。

上述两段就是通过程序设置，无需CPU干预就能精确地定时触发(是本文主要讨论的问题)。这里的每隔20 s定时触发1次，“20 s”这一数据可根据实际需求修改设定。