基于ARM7内核和μCOS-Ⅱ的数据采集装置设计-xCOS一Ⅱ的.PDFVIP

山西电子技术 2011年第5期 应用实践 文章编号：1674—4578(2011)05．0012．03 基于 ARM7内核和 lxC／OS一Ⅱ的数据采集装置设计 郑晋平 (太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030o24) 摘 要 ：基于ARM7内核的 LPC2144芯片，利用 ~C／OS．Ⅱ嵌入式实时操作 系统的可裁剪性、可移植性和多任 务等特点支持下的数据采集装置，研究了数据采集装置在工业控制系统中的应用，在生产过程中可对生产现场的 各种参数进行采集、监视和记录；数据采集是控制系统实现控制的基本条件，只有准确实时的获取对象的运行数据 才能实施有效的控制。结果表明ARM7内核+嵌入式操作系统 ~C／OS．Ⅱ的移植数据采集装置，具有低成本、低功 耗、微型化、精度高、运行稳定、性价比高等特点，不仅使其采集性能大幅度提高，而且抗干扰能力和实时性显著增 强，可以在各种工业场合中广泛应用。 关键词：数据采集；嵌入式系统；~C／OS．Ⅱ；LPC2144；RS485；USB 中图分类号：TP29 文献标识码：A 0 引言 数据采集技术是信息科学的一个重要分支。随着计算 机科学技术的飞速发展和普及，数据采集技术己经渗透到雷 达、通信、水声、遥感、地质勘探、振动工程、语音处理、智能仪 器、工业自动控制以及生物医学工程等众多领域。数据采集 装置是在工业控制系统中应用最广泛的一种设备，可实现对 生产现场的各种参数进行采集、监视和记录。 数据采集装置 的发展方向为：实时性好、适用性广和 可靠性高。因此采用嵌入式技术，开发一种基于嵌入式实时 操作系统和ARM处理器的高精度、强实时性和广适用性的 新型数据采集装置非常必要。 顺应市场需求设计的数据采集装置设计，采用了基于 ARM7处理器为内核的飞利浦公司32位单片机 LPC2144，其 数据处理能力和丰富的片内资源满足了数据采集装置的功 能和性能需要。同时可以使系统小型化，便于提高性能以及 与各种外设连接扩展，降低了成本。~C／OS．Ⅱ作为一个源 代码公开的操作系统，在具体应用中稳定可靠。ARM7+ ~C／OS-Ⅱ开发设计 ，利用嵌入式实时操作系统的可裁剪性、 可移植性和多任务等特点 引，不仅使其采集性能大幅度提 高，而且使抗干扰能力和实时性显著增强。可以在各种工业 场合中广泛应用，达到了设计的初衷。 1 总体方案 设计在研究嵌入式实时操作系统、ARM处理器和数据 采集技术基本原理的基础上，完成基于 ARM处理器和嵌入 式实时操作系统的数据采集装置的设计。装置具有USB接 口、RS485接口，可以满足远程和近程数据采集的需要，同时 还可以与各种传感器配合可实现对温度、压力、流量、液位等 常用数据的采集。 2 数据采集装置的硬件设计 数据采集装置功能模块框图如图1所示。 量程转换1． ． LPC2l44 微处理器 I 图1 功能模块框图 2．1 系统器件的选择 2．1．1 微处理器的选型 作为数据采集系统的核心部件，微处理器的选择对整个 系统功能的优化起着至关重要的作用。当今市场上流行的 微处理器众多，在不同的应用领域，它们都发挥着各自的优 势。一般的选型原则是 J：满足应用要求，简单易用，价格便 宜，设计周期短。 LPC2144单片机是飞利浦公司生产的以ARM处理器为 内核的微处理器，其处理速度快、应用广泛、价格低廉、并且 ARM 处理器的功耗是同档次其他嵌入式处理器中较低的。 低成本、微电流供电的ARM处理器使电路设计更加便捷、可 靠、节能。 2．1．2 嵌入式实时操作系统的选型 嵌入式实时操作系统种类很多，大体可以分为商用型和 免费型。商用型实时操作系统功能稳定、可靠，有完善的技 术支持，但往往价格昂贵；免费型实时操作系统在价格方面 具有优势，常用的主要有 Hnux和 ~C／OS一Ⅱ两种。 unux可以移植到多个不同结构的 CPU和硬件平台，具 有很好的稳定性及升级能力，而且开发容易，对商用嵌入式 操作系统带来了很大的冲击。 ~C／OS．Ⅱ仅是一个实时内核，它不像其他实时操作系 统那样提供给用户的一些 API函数接口，很多工作需要自己 去完成。把 ~C／OS．Ⅱ移植到目标硬件平台上只是系统设计 工作的开始，还需要针对实际的应用需求对 ~C／OS-Ⅱ进行 功能扩展，包括底层的硬件驱动、文件系统、用户图像接口 (GUI)等，从而建立一个实用的RTOS J。 收稿 日期：2011—05—20，修回 日期：2011—08—30 作者简介：郑晋平(1963一)，女，山西阳泉人，高级实验师，工学硕士，主要研究方向：计算机应用及自动控制。 第5期 郑晋平：基于ARM7内核和~C／OS—lI的数据采集装置设计 13 综合考虑嵌入式操作系统的硬件支持；可移植性；开发 工具的支持程度