基于SoC与RTOS的数据采集器的研制

论文摘要

工业技术的不断发展对数据采集的要求也不断提高,在某些应用中,不仅要求数据采集设备能稳定可靠的采集信号,还需具备一定控制能力,并实现开关的远程控制等目标。随着设计与制造技术的发展,集成电路现在已经发展到IP的集成,即SoC(System on a Chip)设计技术。SoC技术可以改善因信号在多个芯片之间进出带来的延迟而导致的性能局限,同时也提高系统的可靠性,降低总的系统成本。嵌入式系统是当今最流行的前沿技术之一,将嵌入式技术引入数据采集系统,可大大提高系统的实时性和灵活性,满足日益提高的测量需求。基于此,本文把先进的SoC技术、嵌入式技术应用到数据采集系统中去,设计了一种可用于耐火材料配料系统的数据采集器。本文介绍的数据采集器是一种以SoC型微处理器C8051F064作为硬件核心,以嵌入式实时操作系统Small RTOS51作为软件平台的低成本实用数据采集仪器。首先,在分析耐火材料配料系统中数据采集器的功能需求的基础上,提出其电气特性与功能特性。接着,就数据采集器的控制平台、硬件结构和软件实现进行了具体的分析和设计,在硬件总体规划后,绘制原理图并制作了PCB线路板。在完成硬件部分的研制后,进行了Small RTOS51在C8051F064上的移植,并给出成功移植后实时操作系统部分功能的测试结果。在程序开发过程中,根据数据采集器的功能需求,实现了模拟量的采集功能与开关量的控制功能,共采集两路0~2.5V的模拟电压信号,支持8个开关量输入点的监测和8个开关量输出点的控制。通信方面实现了MODBUS协议的RTU通信方式,使得数据采集器的状态数据能够很方便的上传,也可以非常便捷的对数据采集器进行控制。另外还实现了工作参数的现场设置与查询等功能,以及提供了两种工作模式,丰富了数据采集器的功能。最后经过在实验室条件下的反复测试,数据采集器功能稳定可靠,性能优良。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数据采集技术的现状
• 1.2.2 一些新技术在数据采集中的应用
• 1.3 本课题的主要任务
• 第二章 采集器功能与硬件设计
• 2.1 采集器功能描述
• 2.2 采集器的工作模式
• 2.2.1 主机模式
• 2.2.2 从机模式
• 2.3 采集器硬件实现
• 2.3.1 采集器SoC 器件选型
• 2.3.2 采集器的模块划分
• 2.3.3 引脚功能规划
• 2.3.4 电源模块设计
• 2.3.5 按键/显示接口电路设计
• 2.3.6 线路板设计
• 2.3.7 硬件平台测试
• 2.4 硬件抗干扰设计
• 2.4.1 EMC 设计
• 2.4.2 抗电磁干扰措施
• 第三章 系统软件设计
• 3.1 软件调试环境
• 3.2 嵌入式实时操作系统
• 3.2.1 RTOS 的选择
• 3.2.2 Small RTOS51 特点介绍
• 3.3 Small RTOS51 移植工作
• CPU.H 的移植'>3.3.1 OS_CPU.H 的移植
• CPU_C.C 的移植'>3.3.2 OS_CPU_C.C 的移植
• CFG.H 的配置'>3.3.3 CONFIG.H 和OS_CFG.H 的配置
• 3.3.4 软件平台移植测试
• 3.4 软件需求分析
• 3.4.1 系统功能需求
• 3.4.2 需求分析方法
• 3.4.3 系统数据流图
• 3.5 任务划分与建立
• 3.5.1 任务的划分
• 3.5.2 程序总体架构
• 3.5.3 任务切换管理
• 3.6 键盘功能的软件设计
• 第四章 模拟量采集功能的实现
• 4.1 片上ADC 模块
• 4.2 采样频率的确定
• 4.3 ADC 应用研究
• 第五章 MODBUS 协议的应用
• 5.1 Modbus 协议说明
• 5.1.1 简介
• 5.1.2 在Modbus 总线上传输
• 5.1.3 两种串行传输模式
• 5.1.4 错误校验方法
• 5.2 通信功能的实现
• 5.2.1 通信处理流程
• 5.2.2 功能码描述
• 5.2.3 不正常响应
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目
• 附录