基于A(yíng)RM7內核和μC／OS-Ⅱ的數據采集裝置設計
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2．2．1 數據采集單元設計
數據采集電路部分選用不同的傳感器和信號調理電路，可實(shí)現對多種電量與非電量的采集與處理，運行穩定可靠，采樣精度高，能滿(mǎn)足系統的設計要求。
作為通用數據采集裝置輸入信號范圍是很大的，而LPC2144-單片機內嵌ADC轉換器的供電電壓是+3V，ADC電路的被測信號輸入端的輸入電壓必須小于電源電壓，否則測量值將不準確。必須將輸入的被測信號的電壓范圍調理到ADC轉換的測量范圍內，才能得到正確的ADC轉換值。
工作原理：調理電路根據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，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)現量程的轉換。最終將0～3 V范圍的電壓信號輸入ADC中。
2．2．2 USB接口電路
USB(Universal Serial Bus)即通用串行總線(xiàn)。一個(gè)USB系統通常包括三個(gè)部分：USB互連、USB設備和USB主機。USB特有的優(yōu)點(diǎn)：即插即用、低功耗、完整的總線(xiàn)拓撲結構、硬件結構標準化等。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/194494.htm
LPC2144單片機內部有集成的USB控制器，完全兼容USB 2．0全速規范；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)；運行時(shí)可通過(guò)軟件來(lái)選擇端點(diǎn)最大包長(cháng)度(取決于USB最大規格)；RAM大小取決于使用的端點(diǎn)和最大包的長(cháng)度；支持SoftConnectTM特性和GoodLinkTM LED指示器；支持總線(xiàn)供電功能，具有較低的掛起電流。
可工作于設備方式。
2．2．3 RS-485接口電路
RS-485接口的優(yōu)點(diǎn)在于它使用一對雙絞線(xiàn)就能實(shí)現單片機與上位機的通訊。具有高噪聲抑制、寬共模范圍、長(cháng)傳輸距離、沖突保護以及價(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)設備中得到了廣泛的應用。
由于大多數PC機只具有RS-232串行通信口，而不具備RS-485接口，因此，為了實(shí)現RS-485接口串行通信，必須在PC機側配置RS-232／RS-485接口轉換電路，具體通過(guò)設計一塊RS-232／RS-485轉接板來(lái)實(shí)現。
3 數據采集裝置的軟件設計
軟件設計上，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、很流行的一種免費公開(kāi)源代碼的實(shí)時(shí)操作系統。μC／OS-Ⅱ不僅具有結構小巧、可固化、可裁剪、多任務(wù)和可剝奪型的實(shí)時(shí)內核等特點(diǎn)，而且其實(shí)時(shí)性、穩定性、可靠性也得到了廣泛的認可。
μC／OS-Ⅱ使用前，必須先移植到微處理器上。LPC2144具有強大的處理能力，RISC結構，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運行，同時(shí)具有豐富的片內外設，如硬件乘法器、ADC、定時(shí)器、PWM通道、高速GPIO線(xiàn)、看門(mén)狗等。內部還具有16 kB的RAM和128 kB的FLASH。足以滿(mǎn)足移植所需要的條件。
3．1 LPC2144單片機的啟動(dòng)代碼編寫(xiě)
FLASH中的程序執行前，需要對系統硬件和軟件運行環(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包含目標板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標板初始化程序。
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函數中加以實(shí)現。
3．2 外設驅動(dòng)程序
在μC／OS-Ⅱ一類(lèi)的微內核操作系統中，設備驅動(dòng)一般都是由應用程序在內核外部實(shí)現的。不過(guò)由于不分系統空間和用戶(hù)空間，這些設備驅動(dòng)程序仍在系統中執行。從實(shí)現方式上看，設備驅動(dòng)程序的實(shí)現可以分為兩種：一種是輪詢(xún)(Polling)方式，另一種是中斷方式。
設計采用中斷式設備驅動(dòng)的實(shí)現方式。
4 結束語(yǔ)
數據采集裝置的低成本、低功耗、實(shí)時(shí)性設計是數據采集領(lǐng)域的一個(gè)主要研究方向。
數據采集裝置充分利用了LPC2144豐富的片上資源，大大簡(jiǎn)化了硬件電路的設計；采用RS-485接口和USB接口通信技術(shù)，既可以實(shí)現系統的遠程數據采集，又可以與PC機相連實(shí)現實(shí)驗室數據采集；同時(shí)該裝置是基于實(shí)時(shí)嵌入式操作系統的，在實(shí)時(shí)性方面具有很大的優(yōu)越性。
通過(guò)實(shí)驗驗證了其設計的合理性和可行性。該數據采集裝置具有低成本、低功耗、微型化、精度高、運行穩定、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，可以采集多種傳感器輸出的標準信號。但在系統功能的擴展和通信方面還有待于進(jìn)一步改進(jìn)與提高。
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