课程设计(论文)任务书信息工程学院物联网专业2014-2 班一、课程设计(论文)题目基于Ucos 的多通道数据采集系统二、课程设计(论文)工作自2017 年06 月26 日起至2017 年06 月30 日止。
三、课程设计(论文) 地点:嵌入式系统实验室四、课程设计(论文)内容要求：1.本课程设计的目的（1）使学生掌握嵌入式开发板（实验箱）各功能模块的基本工作原理；（2）培养嵌入式系统的应用能力及嵌入式软件的开发能力；（3）使学生较熟练地应用嵌入式操作系统及其API 开发嵌入式应用软件；（4）培养学生分析、解决问题的能力；（5）提高学生的科技论文写作能力。
2.课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）分析所设计嵌入式软件系统中各功能模块的实现机制；（2）选用合适嵌入式操作系统及其API；（3）编码实现最终的嵌入式软件系统；（4）在实验箱上调试、测试并获得最终结果。
2）创新要求：在基本要求达到后，可进行创新设计，如改善嵌入式软件实时性能；扩展嵌入式软件功能及改善其图形用户界面。
3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文。
（2）论文包括目录、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（以上可作微调）。
（3）课程设计论文装订按学校的统一要求完成。
4)课程设计评分标准：（1）学习态度：20 分；（2）回答问题及系统演示：30 分（3）课程设计报告书论文质量：50 分。
成绩评定实行优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。
不及格者需重做。
5）参考文献：（1）罗蕾.《嵌入式实时操作系统及应用开发》北京航空航天大学出版社（2）Jean brosse. 《嵌入式实时操作系统uC/OS-II》北京航空航天大学出版社（3）王田苗.《嵌入式设计与开发实例》.北京航空航天大学出版社（4）北京博创科技公司. 《嵌入式系统实验指导书》6)课程设计进度安排（1）准备阶段（4 学时）：选择设计题目、了解设计目的要求、查阅相关资料。
（2）嵌入式软件设计分析阶段（4 学时）：程序总体设计、详细设计。
（3）嵌入式软件代码编写调试阶段（8 学时）：程序模块代码编写、调试、测试。
（4）撰写论文阶段（4 学时）：总结课程设计任务和设计内容，撰写课程设计论文。
7)课程设计题目具体要求：本题的具体任务是设计多任务的嵌入式软件——，通过分析、设计、编程、调试、测试等步骤，形成一个基于ucos 可稳定运行的嵌入式多任务软件系统。
学生签名：2017 年6 月26 日课程设计(论文)评审意见（1）考勤（10 分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统设计（20 分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）编程调试（10 分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）回答问题（15 分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）论文撰写（35 分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（6）创新思想（10 分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；综合评定等级：评阅人：职称：副教授2017 年6 月30 日目录一、课设目的及内容 (1)1.1课设目的 (1)1.2课设内容 (1)二、设计的原理 (2)2.1总体设计原理 (2)2.2A/D 转换器原理 (2)2.3基于uc/os2II 的系统程序流程 (3)三、环境搭建及开发环境 (5)四、主要程序代码设计 (7)五、运行测试结果 (20)六、心得体会 (22)七、参考文献 (23)一、课设目的及内容1.1课设目的在二十一世纪的今日，人们生活在一个信息的的时代，各种各样不同的信息给予我们很多不同的选择。
对于信息的需求,各类人有着不同的需求,但是肯定的是,对于信息的重要性大家已经有了认识。
数据采集已经成为一种专业的技术，在各个领域得到了广泛的应用。
数据采集系统起源于 20 世纪50 年代，并当即就获得了初步的认可，在很多的地方得到了运用。
在 60 年代前后，国外就有了用于专业数据采集的系统。
20 世纪 70 年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。
由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。
到了现在,经过更长久的发展,嵌入式系统已经走进千家万户,嵌入式的数据采集系统不仅功耗低，而且操作简单，正适合应用于在家中,路上或者生活中的各处。
1.2课设内容一、基本要求（必做）（1）求出四路通道的平均值，并绘制在显示屏上（平均值应该象其他通道的值一样，可以根据实时采集值的变化而变化）。
（2）报警，在超出阈值时报警一次，如果此后此通道的值不变则不再报警，若此通道的值被调小为小于阈值而后又被调为大于阈值，则再次报警一次。
（3）设置时间和日期初值，并实时显示在 LCD 上（同各通道的值同屏显示）。
并能够在整点的时候发声提示。
二、提高要求（选做）在一的基础上利用四路通道平均值的大小控制电机的转动速度，使电机实时转动。
二、设计的原理2.1 总体设计原理本系统由硬件和软件两部分组成。
硬件以AT89C51 和12 位ADC芯片AD574A为核心, 具有键盘控制和液晶显示功能,并有一路数模转换输出。
该系统还具有实时时间显示和看门狗功能,可以通过RS232 和GPIB接口以便与外部(微机)通信。
系统的软件以实时嵌入式操作系统uc/os2 为基础,采用多任务机制,通过任务调度和任务监视,系统具有较好的实时性和安全性。
uc/os2II是源码公开的实时嵌入式操作系统,采用优先级调度算法完成任务间的调度,并支持抢占式调度。
uc/os2II具有可裁减的体系结构,并具有内存管理、中断管理和任务控制块(TCB)扩展的功能。
uc/os2II还提供很多系统服务,例如邮箱、消息队列、信号量等等。
2.2A/D 转换器原理主要介绍以下三种方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法1）逐次逼近法逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法的转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置 1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若Vo<Vi，该位1 被保留，否则被清除。
然后再置逐次逼近寄存器次高位为 1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的 Vo再与Vi比较，若Vo<Vi，该位 1 被保留，否则被清除。
重复此过程，直至逼近寄存器最低位。
转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。
逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
2）双积分法采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
如图所示。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。
双积分法积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为 0V 时停止积分。
Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。
计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压Vi所对应的数字量，实现了A/D转换。
3）电压频率转换法采用电压频率转换法的A/D转换器，由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成，它的工作原理是V/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。
电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压Vi加到V/F 的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。
2.3基于uc/os2II 的系统程序流程基于uc/os2II的程序流程如图 1 所示。
程序中,每个模块对应一个任务,彼此之间是并行的,但每个模块都对应着一个不同的优先级,由操作系统进行调度运行。
系统可以通过监控模块对其他模块的工作进行监控,从而减少看门狗的复位次数。
而且通过uc/os2II内核的任务调度,系统的实时性会提高很多。
图 1 基于uc/os2II的程序流程图2 传统程序流程图三、环境搭建及开发环境系统的硬件组成框图如图 3 所示。
信号经前向处理后,通过多路模拟开关和采样保持器,输入到A/D转换芯片进行数据采集。
经A/D转换后的数字量被单片机读入, 经处理后由通信接口读入微机进行进一步的处理和分析,同时也可由D/A芯片进行数/模转换得到一路模拟信号。
液晶有系统提示和实时时间显示,可以通过键盘进行选择和控制。
图 3 系统组成框图系统信号前向处理电路包括自动增益控制和滤波电路,8 路模拟开关CD4051。
A/D 转换采用AD公司的 12 位逐次逼近式ADC,适合高精度数据采集,转换时间可达25us;D/A转换采用美国国民半导体公司的DAC0832 芯片。
系统外部扩展 32kROM和RAM,供缓存数据和存贮程序。
液晶采用日本DMC系列产品中的DMC24138,可以在一行上显示 24 个5×11 点阵字符。
时间芯片采用的是M48T86,具有实时时间和日历显示功能。
整个系统采用全地址译码法,外部设备和存储器统一编址。
CPU访问外部存贮器的一切指令均可用于对I/O端口的访问,大大增强了CPU对外设端口信息的处理能力。
1、A/D转换器在本设计所选用的LPC2138 硬件系统中带有A/D转换器. 特性:(1)、10 位逐次逼近式模数转换器(2)、8 个管脚复用为输入脚(3)、掉电模式(4)、测量范围:0~3V(5)、10 位转换时间>=2.44US(6)、一个或多个输入的 Burst 转换模式(7)、可选择由输入跳变或定时器匹配信号触发转换(8)、2 个转换器的全局启动命令描述： A/D 转换器的基本时钟由 VPB 时钟提供。
每个转换器包含一个可编程分频器，可将时钟调整至逐步逼近转换所需的 4.5MHZ。
完全满足精度要求的转换需要11 个这样的时钟。
2、4X4 键盘键盘按与微控制器的连接方式，其结构可分为线性键盘和矩阵键盘两种形式。
线性键盘由若干个独立的案件组成，每个按键的一端与微控制器的一个 I/O 口相连。
有多少个键就要有多少根线与微控制器的 I/O 口相连，适用于按键少的场合。
矩阵键盘的按键按 N 行M 列排列。