基于μC/OS-Ⅱ的數據采集系統設計與應用

摘要：通用串行總線因 (USB)具有傳輸速度快、即插即用、易于擴展、占用系統資源少等優點；嵌入式實時操作系統 (RTOS)中的 ?C/OS-Ⅱ則具有代碼效率高、占用空間小、良好的實時性和可靠性等特點。本文通過構建嵌入式軟件開發環境、移植 ?C/OS-Ⅱ、編寫固化到 ATmega16單片機的引導程序 (即固件程序)，實現系統的數據采集、數碼顯示以及與 PC機通信等設備端任務。

1引言

隨著科學技術的不斷發展，人們對數據采集的性能指標要求越來越高，傳統的數據采集方式已經不能滿足需要。通用串行總線因 (USB)具有傳輸速度快、即插即用、易于擴展、占用系統資源少等優點；嵌入式實時操作系統 (RTOS)中的 ?C/OS-Ⅱ則具有代碼效率高、占用空間小、良好的實時性和可靠性等特點。本文將二者與傳統的數據采集技術相結合，設計實現了一種基于 USB通信和 ?C/OS-Ⅱ的集數據采集、分析、顯示為一體的數據采集系統。

2 系統體系結構

基于 USB通信的數據采集系統的體系結構如圖 1所示。系統的工作過程就是一個數據采集的過程，其中的每一步都需要不同組的支持。首先，溫度和壓力參數經傳感器轉換成模擬信號，模擬信號經過 A/D轉換變單片機可識別的數字信號。單片機將數字信號進行處理之后，就可以送往 LED顯示或者發送給 USB接口芯片。USB接口芯片在主機需要的時候，把接收到的數據經 USB總發送給主機進行處理和顯示。主機和 USB接口的通信則需要設備固件程序、USB設驅動程序和 USB主機應用程序的支持。

3 USB數據采集系統的硬件電路設計

USB數據采集系統的硬件電路結構主要包括以下幾個部分：USB通信電路部分、數據采集電路部分、數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現的。

3.1 USB通信電路的設計

USB通信電路的功能是實現數據采集系統設備端和主機端之間的通信，這一功能主要是由核心微控制器 ATmega16和 USB控制器件 PDIUSBD12實現的。其中， PDIUSBD12是符合 USB1.1協議的芯片，在 USB通信電路中起著聯系設備和主機的橋梁的作用。微控制器 ATmegal6和 USB控制器 PDIUSBD12之間通過 8位并行總線進行通信， 8位并行總線在 ATmegal6端需要連接 8個 I/O口。PDIUSBD12片內集成了時鐘乘法 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 數據采集電路的設計數據采集電路的功能就是將現場的溫度、壓力以及應力等數據轉換成合適的模擬信號，再把模擬信號傳送給 A/D轉換電路。此模塊包括溫度采集模塊和壓力采集模塊兩部分。