基于Web的MCF5249數據采集系統的設計
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摘要：隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，工業(yè)設備實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。本文討論基于Web的MCF5249數據采集系統的設計方法，并從硬件設計和軟件設計兩方面進(jìn)行討論。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/156019.htm引言
現在嵌入式系統的應用越來(lái)越廣泛。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，工業(yè)設備實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。M2M（Machine to Machine）的網(wǎng)絡(luò )通信已成為國內外研究熱點(diǎn)，而Web技術(shù)為工業(yè)設備實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化管理提供了一種解決方案。本文從硬件和軟件設計兩個(gè)方面討論了摩托羅拉MCF5249處理器在數據采集方面的應用，并實(shí)現了采集數據的遠程Web表征。
由于這一系統面向廣義的過(guò)程，所以只要可獲得過(guò)程參數，就能實(shí)現過(guò)程行業(yè)的遠程在線(xiàn)表征。特別是基于Web完成實(shí)時(shí)數據庫生成，真正實(shí)現遠程集群系統的數據資源無(wú)人工干預自動(dòng)獲取。其應用將會(huì )不斷地延伸。
本文描述的摩托羅拉MCF5249是以ColdFire 32位微處理器為基礎的高性能處理器，該處理器內部集成了一個(gè)片內12位ADC，可用于工業(yè)數據采集。且數據采集系統基于嵌入式操作系統uClinux。由于uClinux是為沒(méi)有MMU的微處理器設計的。且源泉代碼公開(kāi)，為降低成本和獲取軟件的自有產(chǎn)權提供了方便。當然，uClinux不是一個(gè)強實(shí)時(shí)系統，為支持一般過(guò)程系統，可以通過(guò)一些補丁程序來(lái)提高其實(shí)時(shí)性，所以本文討論的數據采集系統主要應用于一些實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。
1 數據采集系統的硬件設計
摩托羅拉MCF5249處理器內部集成了一個(gè)片內12位∑—ΔADC，它有四路輸入（ADIN0～ADIN3），任一時(shí)刻只允許一路輸入，由多路選擇器決定。ADC的數字部分在MCF5249的內部，而模擬電壓比較器由外圍電路提供。A/D轉換的輸出引腳以脈寬調制的格式提供參考電壓，因此，該輸出需要一個(gè)外圍的阻容電路，將其轉換成直流電壓，以備外部的電壓比較器電路使用。數據采集系統的硬件原理圖如圖1所示。
由于微處理器不可承受負電壓，所以必須將輸入電壓限制在0～+3V之間。Motorola公司不建議使用外部箝位二極管直接在模擬輸入端進(jìn)行過(guò)壓保護，而在輸入端引入1～10kΩ的限流電阻和低通濾波器，在低通濾波器的輸入端連接二極管對輸入電壓進(jìn)行箝位。 MACQ是一個(gè)定長(cháng)有序的數據結構。源進(jìn)程（生產(chǎn)者，ADC采樣程序）將數據存入MACQ，一旦初始化，MACQ總是滿(mǎn)的。當有新的數據被存入（PUT）MACQ，舊數據即被丟棄（如圖3）。應用進(jìn)程（消費者）可以從MACQ中讀取任何數據。讀功能是非破壞性的，即讀操作不會(huì )改變MACQ。 主要有以下顯示模塊。
2 數據采集系統的軟件設計
數據采集系統的軟件設計主要分為兩大模塊，即數據采集模塊與數據顯示模塊。
2.1數據采集模塊的設計
數據采集模塊是系統的核心模塊，為了提高數據采集的實(shí)時(shí)性，應采用中斷方式完成數據采集。其流程圖如圖2所示。
MCF5249微處理器為其內部ADC提供了一個(gè)控制寄存器ADCONFIG，其地址是MBAR2_ADDR+0x402,在初始化程序中需要指定MBAR2_ADDR地址。
通過(guò)ADCONFIG寄存器可以設置A/D轉換器工作方式、采樣頻率、是否采用中斷方式等。下面給出設置ADCONFIG寄存器實(shí)例。
#define MBAR2_ADDR 0x8000000
#define AD_CONFIG 0x402
#define AD_VALUE 0x406
…………
//設置ADC
*(volatile unsigned short int *)(MBAR2_ADDR+AD_CONFIG)=0x442;
該設置確定ADIN0作為模擬信號輸入通道，采樣頻率設置為1/4系統總線(xiàn)時(shí)鐘頻率。當時(shí)鐘產(chǎn)生4095次翻轉時(shí)，系統產(chǎn)生一個(gè)軟件中斷（中斷號為63）。一次采樣結束，并將采樣結果存于A(yíng)DVALUE寄存器（其地址為MBAR2_ADDR+0x406）。A/D轉換值可以用如下公式計算：
Vi=(X/(2 n-1)) ×Vfullscate
其中，Vi為ADC的輸入電壓；Vfullscate為滿(mǎn)量程輸入電壓；
X為ADC輸出的數字量；
n為ADC的位數。
A/D轉換的結果在中斷處理程序中讀取。讀取一次轉換的程序代碼如下：
Volatile unsigned shortint m;
m=*(volatile unsigned short int *)(MBAR2_ADDR+AD_VALUE);
通常，A/D轉換需要連續采樣。采樣結果應存放在一個(gè)多訪(fǎng)問(wèn)循環(huán)隊列MACQ（Multiple Access Circular Queue）中。
在uClinux中，A/D轉換中斷程序的編寫(xiě)方法是將A/D轉換器作為一個(gè)字符設備來(lái)處理。中斷程序是在linux/drivers/char目錄下編寫(xiě)，其結構如下：*file:m5249_adirq.c
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