基于ARM7內(nèi)核和μC／OS-Ⅱ的數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)計(jì)
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2．2．1 數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集電路部分選用不同的傳感器和信號(hào)調(diào)理電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電量與非電量的采集與處理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，采樣精度高，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
作為通用數(shù)據(jù)采集裝置輸入信號(hào)范圍是很大的，而LPC2144-單片機(jī)內(nèi)嵌ADC轉(zhuǎn)換器的供電電壓是+3V，ADC電路的被測(cè)信號(hào)輸入端的輸入電壓必須小于電源電壓，否則測(cè)量值將不準(zhǔn)確。必須將輸入的被測(cè)信號(hào)的電壓范圍調(diào)理到ADC轉(zhuǎn)換的測(cè)量范圍內(nèi)，才能得到正確的ADC轉(zhuǎn)換值。
工作原理：調(diào)理電路根據(jù)各種傳感器輸出電壓或電流的不同，由DIP開(kāi)關(guān)控制MSP430輸出端的繼電器，通過(guò)不同開(kāi)關(guān)的閉合來(lái)改變放大電路的放大倍數(shù)，同時(shí)MSP430芯片還控制一個(gè)DAC來(lái)為不同的放大電路提供不同的偏置電壓，從而實(shí)現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換。最終將0～3 V范圍的電壓信號(hào)輸入ADC中。
2．2．2 USB接口電路
USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線。一個(gè)USB系統(tǒng)通常包括三個(gè)部分：USB互連、USB設(shè)備和USB主機(jī)。USB特有的優(yōu)點(diǎn)：即插即用、低功耗、完整的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、硬件結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化等。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/194494.htm
LPC2144單片機(jī)內(nèi)部有集成的USB控制器，完全兼容USB 2．0全速規(guī)范；支持32個(gè)物理(16個(gè)邏輯)端點(diǎn)；支持控制、批量、中斷和同步端點(diǎn)；運(yùn)行時(shí)可通過(guò)軟件來(lái)選擇端點(diǎn)最大包長(zhǎng)度(取決于USB最大規(guī)格)；RAM大小取決于使用的端點(diǎn)和最大包的長(zhǎng)度；支持SoftConnectTM特性和GoodLinkTM LED指示器；支持總線供電功能，具有較低的掛起電流。
可工作于設(shè)備方式。
2．2．3 RS-485接口電路
RS-485接口的優(yōu)點(diǎn)在于它使用一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通訊。具有高噪聲抑制、寬共模范圍、長(zhǎng)傳輸距離、沖突保護(hù)以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)控制、工業(yè)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。
由于大多數(shù)PC機(jī)只具有RS-232串行通信口，而不具備RS-485接口，因此，為了實(shí)現(xiàn)RS-485接口串行通信，必須在PC機(jī)側(cè)配置RS-232／RS-485接口轉(zhuǎn)換電路，具體通過(guò)設(shè)計(jì)一塊RS-232／RS-485轉(zhuǎn)接板來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3 數(shù)據(jù)采集裝置的軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)上，采用基于μC／OS-Ⅱ多任務(wù)編程思想。
μC／OS-Ⅱ是由Jean J．Labrosse編寫(xiě)的、很流行的一種免費(fèi)公開(kāi)源代碼的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。μC／OS-Ⅱ不僅具有結(jié)構(gòu)小巧、可固化、可裁剪、多任務(wù)和可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核等特點(diǎn)，而且其實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性也得到了廣泛的認(rèn)可。
μC／OS-Ⅱ使用前，必須先移植到微處理器上。LPC2144具有強(qiáng)大的處理能力，RISC結(jié)構(gòu)，128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行，同時(shí)具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，如硬件乘法器、ADC、定時(shí)器、PWM通道、高速GPIO線、看門(mén)狗等。內(nèi)部還具有16 kB的RAM和128 kB的FLASH。足以滿足移植所需要的條件。
3．1 LPC2144單片機(jī)的啟動(dòng)代碼編寫(xiě)
FLASH中的程序執(zhí)行前，需要對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初始化。這些工作是用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編寫(xiě)的啟動(dòng)(BootloadetO)代碼完成的。
在啟動(dòng)代碼的編寫(xiě)中，將啟動(dòng)代碼劃分為5個(gè)文件：Startup．s、IRQ．s、stack．s、heap．s和target．c。Startup．s包含向量表和系統(tǒng)初始化代碼。IRQ．s包含中斷服務(wù)程序與C程序的接口代碼。stack．s和heap．s保存C語(yǔ)言使用的堆和棧的開(kāi)始位置。target．c包含目標(biāo)板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標(biāo)板初始化程序。
MOV R0，LR；因芯片模式切換，故將程序返回地址保存至R0，同時(shí)在初始化堆棧完成后使用R0返回。
其余的步驟都在TargetResetInit函數(shù)中加以實(shí)現(xiàn)。
3．2 外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序
在μC／OS-Ⅱ一類(lèi)的微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)一般都是由應(yīng)用程序在內(nèi)核外部實(shí)現(xiàn)的。不過(guò)由于不分系統(tǒng)空間和用戶空間，這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序仍在系統(tǒng)中執(zhí)行。從實(shí)現(xiàn)方式上看，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)可以分為兩種：一種是輪詢(Polling)方式，另一種是中斷方式。
設(shè)計(jì)采用中斷式設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式。
4 結(jié)束語(yǔ)
數(shù)據(jù)采集裝置的低成本、低功耗、實(shí)時(shí)性設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的一個(gè)主要研究方向。
數(shù)據(jù)采集裝置充分利用了LPC2144豐富的片上資源，大大簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)；采用RS-485接口和USB接口通信技術(shù)，既可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，又可以與PC機(jī)相連實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集；同時(shí)該裝置是基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的，在實(shí)時(shí)性方面具有很大的優(yōu)越性。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)的合理性和可行性。該數(shù)據(jù)采集裝置具有低成本、低功耗、微型化、精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，可以采集多種傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。但在系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和通信方面還有待于進(jìn)一步改進(jìn)與提高。
評(píng)論