嵌入式数据采集系统设计与实现——基于凌阳SPCE061A微处理器与μC/OS-Ⅱ实时操作系统

摘要

计算机强大的数字信号处理能力、信号显示、存储及输入输出功能，使其在信号处理中发挥着重要的作用，而各种测试信号都需要经过放大、滤波等处理后，将模拟信号转换为数字信号后送到计算机。此外，还要求通过计算机对仪器进行控制。数据采集及控制卡的类型很多，有基于计算机总线(如PCI总线、ISA总线)的数据采集卡，这类采集卡一般直接插在计算机主板的插槽内，可达到较高的采样速度；还有通过串行或并行通信口与计算机相连的数据采集卡，这类数据采集卡连接使用方便。本文介绍一种简单实用的基于单片机的串行无线数据采集及控制系统的设计方法。 以凌阳单片机SPCE061A为核心构成串行数据采集及控制系统。该系统以凌阳单片机SPCE061A为基础，利用其内部存储空间较大的特点，移植嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，并在此基础上编写了数据采集系统中针对AD接口电路和UART串行接口的底级硬件驱动程序函数，完成一个基本数据采集系统平台的设计。并在此平台下进行开发，分析了实时内核下实时多任务(如多通道数据采样、传输数据、信号处理、接受指令)应用程序的开发与实现方法。在对系统实时性能分析的基础上，针对设计过程中出现的问题，提出改进方法。 该系统可实现程控数据采集。使用者可通过计算机设置采样参数(采样通道)，实现程控采样，系统软件设计包括单片机和计算机两个部分的编程。计算机软件编程主要实现参数设置、串行口数据接收、指令发送以及数据的显示(波形或数值显示)和存储，可采用VisualC++语言编程。 该系统通过串行口与计算机通信，计算机给单片机发指令实现数据采集及系统控制，并将数据实时地传回计算机。该系统利用单片机丰富的软硬件资源，可以实现采样、通讯、计算、脉冲计数等多种功能。应用实践表明，系统电路结构简单、功耗低，具有较高的性能价格比，能够满足某些场合的数据采集和系统控制。 另外，为了提高系统的可移动性和可扩充性，计算机与单片机之间采用无线的方式通过串行口进行通信，无线调制解调部分选用研华公司的即插即用型无线调制解调模块ADAM-4550，其采用RS-232接口接头，可直接与计算机COM口相连，而与单片机也只需添加简单的RS-232接口转换电路。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1引言

§1-2传统中断方式下的实时测控系统

1-2-1传统的单片机系统监控程序

1-2-2多任务机制下的程序

1-2-3多任务机制的实现方法

1-2-4中断方式下多任务机制存在的问题

§1-3实时多任务操作系统下的测控系统

1-3-1实时操作系统简介

1-3-2测控系统中实时操作系统基本功能

1-3-3实时操作系统下测控系统的特点

§1-4本文的主要研究内容

第二章嵌入式系统

§2-1嵌入式系统概述

2-1-1嵌入式系统的定义

2-1-2嵌入式系统的特点

2-1-3嵌入式系统的应用

§2-2嵌入式系统的基本知识

2-2-1嵌入式微处理器及其选型原则

2-2-2嵌入式操作系统及其选型原则

2-2-3实时操作系统的基本知识

§2-3嵌入式系统的设计方法

2-3-1嵌入式系统的总体结构

2-3-2嵌入式系统的设计流程

2-3-3嵌入式系统的一般设计方法

2-3-4嵌入式系统的硬件/软件协同设计技术

第三章基于凌阳SPCE061A与μ C/OS-Ⅱ的嵌入式开发平台

§3-1凌阳SPCE061A微处理器

3-1-1凌阳μ'nSPTM系列单片机简介

3-1-2凌阳SPCE061A微处理器简介

3-1-3基于凌阳SPCE061A微处理器的嵌入式系统

§3-2 μ'nSPTM IDE简介

3-2-1 μ'nSPTM IDE的项目组织结构

3-2-2 SPCE061A的开发方法

§3-3 μ C/OS-Ⅱ实时操作系统

3-3-1 μ C/OS-Ⅱ的特点

3-3-2 μ C/OS-Ⅱ内核结构

§3-4 μ C/OS-Ⅱ在凌阳SPCE061A微处理器上的移植

3-4-1内核可移植性特点

3-4-2 μ C/OS-Ⅱ在凌阳SPCE061A微处理器上的移植

3-4-3测试移植代码

§3-5封装服务函数

第四章嵌入式系统平台下的无线数据采集

§4-1数据采集系统的功能描述和硬件实现

4-1-1多路模数转换器ADC

4-1-2通用异步串行接口UART

4-1-3无线调制解调模块ADAM4550

§4-2实时操作系统下的软件设计

4-2-1系统硬件初始化

4-2-2主函数的编写

4-2-3各任务介绍

4-2-4任务间的通信

§4-3微机控制通信系统的编程

4-3-1 MSComm控件的属性

4-3-2软件设计

第五章系统性能分析与系统优化方案设计

§5-1采样频率与数据预处理

§5-2任务堆栈的改进

§5-3系统的低功耗特性

结论

参考文献

附录A 最小系统原理图

致谢

攻读硕士期间取得的相关科研成果