基于AT91M55800A嵌入式控制器的设计与实现

论文摘要

随着计算机技术的发展，嵌入式系统己成为计算机领域的一个重要组成部分，并成为近年来研究的热点。同时随着网络技术的发展，为嵌入式系统添加网络功能已成为嵌入式系统新的发展方向。在此背景下本文提出了一种基于AT91M55800A的嵌入式控制器。AT91M55800A微控制器以ARM7TDMI为内核，具有高效能、低功耗、体积小特点，非常适用于那些对体积、成本有严格要求的控制领域。本文以AT91M55800A微控制器为核心，设计和制作了嵌入式控制器的硬件电路。硬件电路主要包括MCU、存储系统、JTAG调试接口、TCP／IP网络接口以及控制器电源等。为了测试控制器核心板工作的稳定性，本文对控制器硬件的各部分进行分别调试，主要包括AT91M55800A微处理器、FLASH存储器、铁电存储器等，确保了AT91M55800A控制器核心板控制器稳定地工作。为了满足实时多任务控制的要求，本文选择实时性强、源码公开的uC／OS-Ⅱ作为操作系统，通过分析其内核原理，将该操作系统成功地移植到了AT91M55800A微控制器上，实现了多任务的调度。为了扩展控制器网络功能，在uC／OS-Ⅱ操作系统中移植了LwIP协议。通过分析LwIP协议，特别分析了TCP和IP层，根据网络芯片RTL8019AS编写网络驱动，并通过TCP／IP协议实验测试表明，所设计的网络接口实现了与PC机的TCP／IP通信功能。最后，编写了PID控制算法、A／D和D／A模块的驱动程序以及MODBUS通信程序，实现了该控制器核心板对三容液位装置的单容液位控制，并利用“力控”组态软件对液位进行实时监控。结果表明控制系统工作运行稳定，控制效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 嵌入式系统概述
• 1.2.1 嵌入式系统的发展
• 1.2.2 嵌入式处理器的分类
• 1.2.3 嵌入式操作系统的发展
• 1.2.4 嵌入式系统发展趋势
• 1.3 课题来源和研究意义
• 1.3.1 课题的来源
• 1.3.2 课题的研究意义
• 1.4 研究内容
• 第2章 控制器硬件系统设计
• 2.1 控制器核心板功能结构
• 2.2 存储系统设计
• 2.3 通信接口设计
• 2.4 AT91M55800A电源和晶振设计
• 2.5 印刷电路板布线
• 第3章 操作系统uC/OS-II移植
• 3.1 系统软件组成
• 3.2 实时操作系统的选择
• 3.3 uC/OS-II的内核结构
• 3.4 uC/OS-II的任务调度
• 3.5 uC/OS-II的移植
• 第4章 控制器的网络功能实现
• 4.1 TCP/IP以太网协议栈结构
• 4.2 LwIP协议栈简介
• 4.2.1 LwIP的进程模型分析
• 4.2.2 LwIP的 TCP传输过程
• 4.2.3 内存管理机制
• 4.3 LwIP在uC/OS-II上的实现
• 4.4 网络驱动
• 4.4.1 网络控制芯片 RTL8019AS
• 4.4.2 RTL8019AS内部存储区
• 4.4.3 RTL8019驱动实现
• 4.5 LwIP的网络接口
• 4.6 LwIP的使用
• 第5章 控制器硬件系统调试
• 5.1 MCU AT91M55800A测试
• 5.2 FLASH存储器测试
• 5.3 网络通信测试
• 5.3 铁电存储器调试
• 第6章 三容液位装置的控制
• 6.1 液位控制系统构成
• 6.2 控制结果
• 第7章 结束语
• 7.1 研究总结
• 7.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 在学期间发表的学术论文与研究成果