课程设计（论文）-基于Ucos的多通道数据采集系统.doc

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 J.Labrosse. 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11.1课设目的11.2课设内容1二、设计的原理22.1总体设计原理22.2A/D转换器原理22.3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VoVi，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=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。根据矩阵 键盘的识键和译键的不同，矩阵键盘又可以分为非编码键盘和编码键盘两种。非编码键盘主要用软件的 方法识键和译键。根据扫描方法的不同，可以分为行扫描法，列扫描法和反转法三种。 在本设计中，使用了节省口线的行扫描法来检测键盘，与4X4的矩阵键盘接口只需要8根口线，设 置KEY1KEY为输出扫描码的端口，KEYAKEYB为键值读入口。3、 LCD显示模块 在这里应用了LCD显示模块来进行数据的输出。GUI即图形用户接口，是操作系统和用户的人机接 口。 GUI是一种嵌入式应用中的图形支持系统。它设计用于为任何使用LCD图形显示的应用提供高效的独立 于处理器和LCD控制器的图形用户接口，它适用单任务或是多任务系统环境，并适用于任意LCD控制器 和CPU下任何尺寸的真实显示或是虚拟显示。它的设计结构是模块化的，由不同模块中的不同层组成， 由一个LCD驱动层来包含所有对LCD的具体图形操作。 使用GUI来控制LCD的显示，不仅代码容易，简单，而且在任何的CPU上都能运行。所以本人在这里选 择了这样的方式。四、主要程序代码设计完成要求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）。 #include.ucos-iiincludes.h /* uC/OS interface */#include .ucos-iiaddosaddition.h#include .incdrv.h#include #include.incdrvad.h#include .incdrvIIS-S3C44B0.h#include .incdrvOSFile.h#define ID_ChannelTextCtrl 101#define ID_ValueTextCtrl 102#define Draw_Wnd_ID 104PTextCtrl pChannelTextCtrl,pValueTextCtrl;float result_AD0,result_AD1,result_AD2,result_AD3,average;int WarnningData5=33,33,33,33,33;int edit2=0,0;int bufferAUDIO_IN_BUFFERSIZE*20;/*任务定义*/OS_STK Main_StackSTACKSIZE*8=0, ; /Main_Test_Task堆栈void Main_Task(void *Id); /Main_Test_Task#define Main_Task_Prio 12OS_STK Display_Task_StackSTACKSIZE*8=0, ; /Main_Test_Task堆栈void Display_Task(void *Id); /Main_Test_Task#define Display_Task_Prio 20OS_STK AD0_Task_StackSTACKSIZE*8=0, ; /Main_Test_Task堆栈void AD0_Task(void *Id); /Main_Test_Task#define AD0_Task_Prio 21OS_STK AD1_Task_StackSTACKSIZE*8=0, ; /Main_Test_Task堆栈void AD1_Task(void *Id); /Main_Test_Task#define AD1_Task_Prio 22OS_STK AD2_Task_StackSTACKSIZE*8=0, ; /Main_Test_Task堆栈void AD2_Task(void *Id); /Main_Test_Task#define AD2_Task_Prio 23OS_STK AD3_Task_StackSTACKSIZE*8=0, ; /Main_Test_Task堆栈void AD3_Task(void *Id); /Main_Test_Task#define AD3_Task_Prio 24/*已经定义的OS任务*tcp监控任务11以太网物理层监控任务8触摸屏任务9键盘任务10lcd刷新任务59系统任务1*/*事件定义*/OS_EVENT *Nand_Rw_Sem; /Nand_Flash读写控制权旗语/and you can use it as folloeing:/ Nand_Rw_Sem=OSSemCreate(1); /创建Nand-Flash读写控制权旗语,初值为1满足互斥条件/ OSSemPend(Nand_Rw_Sem,0,&err);/ OSSemPost(Nand_Rw_Sem);OS_EVENT *Uart_Rw_Sem; /Uart读写控制权旗语/and you can use it as folloeing:/ Uart_Rw_Sem=OSSemCreate(1); /创建Uart读写控制权旗语,初值为1满足互斥条件/ OSSemPend(Uart_Rw_Sem,0,&err);/ OSSemPost(Uart_Rw_Sem);/void initOSGUI()/初始化操作系统的图形界面initOSMessage();initOSList();initOSDC();initOSCtrl();initOSFile();/ Main function. /int Main(int argc, char *argv)ARMTargetInit(); /开发板初始化OSInit(); /操作系统初始化 uHALr_ResetMMU();/复位MMULCD_Init(); /初始化LCD模块LCD_printf(LCD initialization is OKn);/向液晶屏输出数据LCD_printf(320 x 240 Text Moden);initOSGUI();/初始化图形界面LoadFont();/调Unicode字库LoadConfigSys();/使用config.sys文件配置系统设置LCD_printf(Create task on uCOS-II.n);OSTaskCreate(Main_Task, (void *)0, (OS_STK *)&Main_StackSTACKSIZE*8-1, Main_Task_Prio);/ 创建系统任务OSTaskCreate(Display_Task,(void *)0, (OS_STK *)&Display_Task_StackSTACKSIZE-1, Display_Task_Prio);/ 20OSTaskCreate(AD0_Task,(void *)0, (OS_STK *)&AD0_Task_StackSTACKSIZE-1, AD0_Task_Prio);OSTaskCreate(AD1_Task,(void *)0, (OS_STK *)&AD1_Task_StackSTACKSIZE-1, AD1_Task_Prio);OSTaskCreate(AD2_Task,(void *)0, (OS_STK *)&AD2_Task_StackSTACKSIZE-1, AD2_Task_Prio);OSTaskCreate(AD3_Task,(void *)0, (OS_STK *)&AD3_Task_StackSTACKSIZE-1, AD3_Task_Prio);OSAddTask_Init();/创建系统附加任务LCD_printf(Starting uCOS-II.n);LCD_printf(Entering graph mode.n);LCD_ChangeMode(DspGraMode);/变LCD显示模式为文本模式InitRtc();/初始化系统时钟Nand_Rw_Sem=OSSemCreate(1); /创建Nand-Flash读写控制权旗语,初值为1满足互斥条件/OSStart();/操作系统任务调度开始/不会执行到这里return 0;/void Wave();/void init_ADdevice()/rADCPSR=20;/rADCCON=ADCCON_SLEEP;/U8 onKey(int nkey, int fnkey)static BOOLEAN input=FALSE;static int EditNumber=1;if(EditNumber=1)switch(nkey)case 14:/OKif(!input)SetWndCtrlFocus(NULL, ID_ChannelTextCtrl);pChannelTextCtrl-text0=0; /清空文本框SetTextCtrlEdit(pChannelTextCtrl, TRUE);DrawTextCtrl(pChannelTextCtrl);input=TRUE;edit0=1;elseSetTextCtrlEdit(pChannelTextCtrl, FALSE);DrawTextCtrl(pChannelTextCtrl);input=FALSE;edit0=0;EditNumber=2;return TRUE;case 16:/CancelSetTextCtrlEdit(pChannelTextCtrl, FALSE);input=FALSE;edit0=0;EditNumber=2;return TRUE;else if(EditNumber=2)switch(nkey)case 14:/OKif(!input)SetWndCtrlFocus(NULL, ID_ValueTextCtrl);pValueTextCtrl-text0=0; /清空文本框SetTextCtrlEdit(pValueTextCtrl, TRUE);DrawTextCtrl(pValueTextCtrl);input=TRUE;edit1=1;elseSetTextCtrlEdit(pValueTextCtrl, FALSE);DrawTextCtrl(pValueTextCtrl);input=FALSE;edit1=0;EditNumber=1;WarnningData Unicode2Int(pChannelTextCtrl-text)=Unicode2Int(pValueTextCtrl-text);return TRUE;case 17:/CancelSetTextCtrlEdit(pValueTextCtrl, FALSE);DrawTextCtrl(pValueTextCtrl);input=FALSE;edit1=0;EditNumber=1;return TRUE;return FALSE;void Main_Task(void *Id) /Main_Test_TaskPOSMSG pMsg;init_ADdevice(20,ADCCON_SLEEP);for(;)POS_Ctrl pCtrl;pMsg=WaitMessage(0);if(pMsg-pOSCtrl)if(pMsg-pOSCtrl-CtrlMsgCallBk)(*pMsg-pOSCtrl-CtrlMsgCallBk)(pMsg);elseswitch(pMsg-Message)case OSM_KEY:pCtrl=GetCtrlfromID(NULL, GetWndCtrlFocus(NULL);if(pCtrl-CtrlType=CTRLTYPE_WINDOW)if(PWnd)pCtrl)-style&WND_STYLE_MODE)=WND_STYLE_MODE)/焦点是有模式窗口，消息直接传递过去OSOnSysMessage(pMsg);break;if(onKey(pMsg-WParam,pMsg-LParam) )break;default:OSOnSysMessage(pMsg);break;DeleteMessage(pMsg);OSTimeDly(200);void Display_Task(void * Id) /Main_Test_TaskPDC pdc; int a0,a1,a2,a3,a4;structRECT ChannelTextCtrl_Rect,ValueTextCtrl_Rect,Draw_Wnd_Rect;char Channel_Caption_810=Channel:;char Value_Caption_810=Value:;char Draw_Wnd_Caption_8=Draw Window;char vol_8=Vol;char chn_8=Chn;char chn0_8=0;char chn1_8=1;char chn2_8=2;char chn3_8=3;char chn4_8=ave;char vol_10_8=10;char vol_20_8=20;char vol_30_8=30;u16 Channel_Caption_1610;u16 Value_Caption_1610;U16 Draw_Wnd_Caption_1620;u16 vol_165;u16 chn_165;u16 chn0_162;u16 chn1_162;u16 chn2_162;u16 chn3_162;u16 chn4_165;u16 vol_10_163;u16 vol_20_163;u16 vol_30_163;Wnd Draw_Wnd;PWnd pDraw_Wnd;int warnning5=1,1,1,1,1;BOOLEAN IsEdit=0;pdc=CreateDC();pDraw_Wnd=&Draw_Wnd;strChar2Unicode(Draw_Wnd_Caption_16, Draw_Wnd_Caption_8);strChar2Unicode(Channel_Caption_16, Channel_Caption_8);strChar2Unicode(Value_Caption_16, Value_Caption_8);strChar2Unicode(chn_16, chn_8);strChar2Unicode(vol_16, vol_8);strChar2Unicode(chn0_16, chn0_8);strChar2Unicode(chn1_16, chn1_8);strChar2Unicode(chn2_16, chn2_8);strChar2Unicode(chn3_16, chn3_8);strChar2Unicode(chn4_16, chn4_8);strChar2Unicode(vol_10_16,vol_10_8);strChar2Unicode(vol_20_16,vol_20_8);strChar2Unicode(vol_30_16,vol_30_8);SetRect(&ChannelTextCtrl_Rect, 10,50,55,75);SetRect(&ValueTextCtrl_Rect, 10,125,55,150);SetRect(&Draw_Wnd_Rect, 74, 9, 301, 216);pChannelTextCtrl=CreateTextCtrl(ID_ChannelTextCtrl, &ChannelTextCtrl_Rect, FONTSIZE_MIDDLE, CTRL_STYLE_FRAME, NULL,NULL);pValueTextCtrl=CreateTextCtrl(ID_ValueTextCtrl, &ValueTextCtrl_Rect, FONTSIZE_MIDDLE, CTRL_STYLE_FRAME, NULL,NULL);pDraw_Wnd=CreateWindow(Draw_Wnd_ID, &Draw_Wnd_Rect, FONTSIZE_SMALL,WND_STYLE_MODELESS, Draw_Wnd_Caption_16, NULL);ClearScreen();TextOut(pdc, 55, 10, vol_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 290, 215, chn_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 110, 215, chn0_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 150, 215, chn1_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 190, 215, chn2_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 230, 215, chn3_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 270, 215, chn4_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 60, (int)(205-1*200/3.3), vol_10_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 60, (int)(205-2*200/3.3), vol_20_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 60, (int)(205-3*200/3.3), vol_30_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);DrawTextCtrl(pChannelTextCtrl);DrawTextCtrl(pValueTextCtrl); a0=0;a1=0;a2=0;a3=0;a4=0; for(;) average= (result_AD0+ result_AD1+ result_AD2+ result_AD3)/4;TextOut(pdc, 10, 35, Channel_Caption_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);TextOut(pdc, 10, 110, Value_Caption_16, TRUE, FONTSIZE_SMALL);if(edit0=1)if(IsEdit=1)FillRect(pdc, 10, 35, 60, 45, GRAPH_MODE_NORMAL, COLOR_WHITE);IsEdit=0;elseIsEdit=1;if(edit1=1)if(IsEdit=1)FillRect(pdc, 10, 110, 60, 120, GRAPH_MODE_NORMAL, COLOR_WHITE);IsEdit=0;elseIsEdit=1;DrawWindow(pDraw_Wnd);MoveTo(pdc, 75, 15);LineTo(pdc, 80,10);LineTo(pdc, 85, 15);MoveTo(pdc,80 , 10);LineTo(pdc, 80, 210);LineTo(pdc, 300, 210);MoveTo(pdc, 295, 205);LineTo(pdc, 300, 210);LineTo(pdc, 295, 215);MoveTo(pdc, 80, (int)(210-1*200/3.3);LineTo(pdc, 300, (int)(210-1*200/3.3);MoveTo(pdc, 80, (int)(210-2*200/3.3);LineTo(pdc, 300, (int)(210-2*200/3.3);MoveTo(pdc, 80, (int)(210-3*200/3.3);LineTo(pdc, 300, (int)(210-3*200/3.3); if(result_AD1WarnningData1) if(a0=0)Wave();a0=1; if(result_AD2WarnningData2) if(a1=0)Wave();a1=1;if(result_AD0=WarnningData0)FillRect(pdc, 105, (int)(210-result_AD0*20/3.3), 120, 210,GRAPH_MODE_NORMAL, COLOR_BLACK);elseif(warnning0=1)FillRect(pdc, 105, (int)(210-result_AD0*20/3.3), 120, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);warnning0=0;elsewarnning0=1;FillRect(pdc, 105, (int)(210-WarnningData0*20/3.3), 120, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);if(result_AD1=WarnningData1)FillRect(pdc, 145, (int)(210-result_AD1*20/3.3), 160, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);else if(warnning1=1)FillRect(pdc, 145, (int)(210-result_AD1*20/3.3), 160, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);warnning1=0;elsewarnning1=1;FillRect(pdc, 145, (int)(210-WarnningData1*20/3.3), 160, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);if(result_AD2=WarnningData2)FillRect(pdc, 185, (int)(210-result_AD2*20/3.3), 200, 210,GRAPH_MODE_NORMAL, COLOR_BLACK);elseif(warnning2=1)FillRect(pdc, 185, (int)(210-result_AD2*20/3.3), 200, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);warnning2=0;elsewarnning2=1;FillRect(pdc, 185, (int)(210-WarnningData2*20/3.3), 200, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);if(result_AD3=WarnningData3)FillRect(pdc, 225, (int)(210-result_AD3*20/3.3), 240, 210,GRAPH_MODE_NORMAL, COLOR_BLACK);elseif(warnning3=1)FillRect(pdc, 225, (int)(210-result_AD3*20/3.3), 240, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);warnning3=0;elsewarnning3=1;FillRect(pdc, 225, (int)(210-WarnningData3*20/3.3), 240, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);if(average=WarnningData4)FillRect(pdc, 265, (int)(210-average*20/3.3), 280, 210,GRAPH_MODE_NORMAL, COLOR_BLACK);elseif(warnning5=1)FillRect(pdc, 265, (int)(210-average*20/3.3), 280, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);warnning5=0;elsewarnning5=1;FillRect(pdc, 265, (int)(210-WarnningData4*20/3.3), 280, 210, GRAPH_MODE_NORMAL,COLOR_BLACK);OSTimeDly(500);void AD0_Task(void * Id) /Main_Test_Taskfor(;)result_AD0=GetADresult(0)*33/1024;/Uart_Printf(result_AD0=%dn,result_AD0);OSTimeDly(100);void AD1_Task(void * Id) /Main_Test_Taskfor(;)result_AD1=GetADresult(1)