随着计算机科学技术的飞速发展和普及,数据采集技术已经渗透到雷达、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。本设计借助于嵌入式系统设计技术和微处理器技术来实现的低功耗、大容量存储的便携式数据采集装置。该装置具有如下特点:多通道数据采集(包括8路模拟量采集通道)、16路开关量采集通道、海量数据实时显示存储、集成度高、携带方便。
嵌入式平台的构建
20世纪90年代后,嵌入式实时操作系统在嵌入式系统中确立了主导地位。典型产品如VxWorks、PSOS、VRTX、Nucleus、Lynx、WindowsCE、RTLinux、μC/OS-II等等。
μC/OS-II嵌入式操作系统简介
μC/OS-II的特点如下:公开源代码,代码结构清晰、明了,注释详尽,组织有条理,可移植性好,可裁剪,可固化。内核属于抢占式,最多可以管理60个任务。是一个经实践证明好用且稳定可靠的内核,被成功地移植到了许多不同架构的处理器上。目前国内对μC/OS-II的研究和应用都很多。
MSP430系列单片机介绍
MSP430系列单片机是美国德州仪器公司(TI)近几年开发的新一代16位单片机,MSP430F169是其中一款,具有强大的处理能力,RISC结构,125ns的指令周期,丰富的片内外设,内部具有2kB的RAM和60kB的FLASH,寻址空间达64k。
本设计中所用到的嵌入式处理器是TI公司的MSP430F169;操作系统是μC/OS-II。
μC/OS-II在MSP430F169上的移植
移植,指的是一个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运行。虽然μC/OS-II大部分源代码是用C语言写成的,但是仍然需要用汇编语言完成与处理器相关代码的编写。要使μC/OS-II能正常移植到处理器,处理器必须满足以下要求:①处理器的C编译器能产生可重入代码;②能用C语言打开或关闭中断;③处理器支持中断,并且能够产生定时中断;④处理器能支持一定数量的数据存储硬件堆栈;⑤处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器存储和读出到堆栈(或者内存)的指令。
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本数据采集装置的硬件设计主要分三个模块进行:主控单元、数据采集单元、实时时钟。主控单元主要完成了人机接口和存储电路的设计,其中存储电路选用USB接口电路作为数据存储,对采集数据及时可靠的存储保护,数据采集单元主要是模拟量、开关量输入通道设计。系统实时时钟是由MSP430F1222实现的,其与专用的RTC器件相比还具有可扩展性。
核心电路的设计
图1 系统功能结构框图
微处理器是整个电路的核心器件,其性能的优劣直接影响和决定着系统的功能指标。
晶振电路作为时基发生器的时钟振荡电路,为整个单片机芯片内部各个部分电路及单片机与其他数字系统或者计算机系统之间通信,提供可靠的同步时钟信号。MSP430F169单片机有3个时钟输入源:低速晶体振荡器(32k)、高速晶体振荡器(450k~8M)和DCO振荡器。无论系统上电或掉电都需要保证正常复位。复位电路本系统选用的CAT809微控制器监控电路符合要求。
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