基于μC/OS-Ⅱ的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：通用串行總線因 (USB)具有傳輸速度快、即插即用、易于擴(kuò)展、占用系統(tǒng)資源少等優(yōu)點(diǎn)；嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) (RTOS)中的 ?C/OS-Ⅱ則具有代碼效率高、占用空間小、良好的實(shí)時性和可靠性等特點(diǎn)。本文通過構(gòu)建嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境、移植 ?C/OS-Ⅱ、編寫固化到 ATmega16單片機(jī)的引導(dǎo)程序 (即固件程序)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼顯示以及與 PC機(jī)通信等設(shè)備端任務(wù)。

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)采集的性能指標(biāo)要求越來越高，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式已經(jīng)不能滿足需要。通用串行總線因 (USB)具有傳輸速度快、即插即用、易于擴(kuò)展、占用系統(tǒng)資源少等優(yōu)點(diǎn)；嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) (RTOS)中的 ?C/OS-Ⅱ則具有代碼效率高、占用空間小、良好的實(shí)時性和可靠性等特點(diǎn)。本文將二者與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于 USB通信和 ?C/OS-Ⅱ的集數(shù)據(jù)采集、分析、顯示為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于 USB通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 1所示。系統(tǒng)的工作過程就是一個數(shù)據(jù)采集的過程，其中的每一步都需要不同組的支持。首先，溫度和壓力參數(shù)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成模擬信號，模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換變單片機(jī)可識別的數(shù)字信號。單片機(jī)將數(shù)字信號進(jìn)行處理之后，就可以送往 LED顯示或者發(fā)送給 USB接口芯片。USB接口芯片在主機(jī)需要的時候，把接收到的數(shù)據(jù)經(jīng) USB總發(fā)送給主機(jī)進(jìn)行處理和顯示。主機(jī)和 USB接口的通信則需要設(shè)備固件程序、USB設(shè)驅(qū)動程序和 USB主機(jī)應(yīng)用程序的支持。

3 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：USB通信電路部分、數(shù)據(jù)采集電路部分、數(shù)碼顯示電路部分和固件程序下載電路部分。這些模塊的功能都是在以 ATmega16為核心的硬件平臺上實(shí)現(xiàn)的。

3.1 USB通信電路的設(shè)計(jì)

USB通信電路的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)備端和主機(jī)端之間的通信，這一功能主要是由核心微控制器 ATmega16和 USB控制器件 PDIUSBD12實(shí)現(xiàn)的。其中， PDIUSBD12是符合 USB1.1協(xié)議的芯片，在 USB通信電路中起著聯(lián)系設(shè)備和主機(jī)的橋梁的作用。微控制器 ATmegal6和 USB控制器 PDIUSBD12之間通過 8位并行總線進(jìn)行通信， 8位并行總線在 ATmegal6端需要連接 8個 I/O口。PDIUSBD12片內(nèi)集成了時鐘乘法 PLL，晶振電路使用 6MHZ的晶振和兩個 2pF到 68pF的電容。 PDIUSBD12的信號輸出端 D+/D一上要各串接一個 18歐的匹配電阻。通信電路如圖 2所示。

3.2 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集電路的功能就是將現(xiàn)場的溫度、壓力以及應(yīng)力等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的模擬信號，再把模擬信號傳送給 A/D轉(zhuǎn)換電路。此模塊包括溫度采集模塊和壓力采集模塊兩部分。