基于ARM的多通道仪表数据采集

嵌入式系统课程小论文 物理与电子工程学院 嵌入式系统设计课程小论文课题题目 基于ARM的多通道仪表数据采集 系 别 物理与电子工程学院 年 级 10级 专 业 电子科学与技术 学 号 050210220 学生姓名 王军 指导老师 浦玮 日 期 2013.05.31 目 录引言-2第一章 课题要求3 1.1 课题内容及目的3 1.2 运行环境3第二章 正文4 2.1 课题分析4 2.2 系统设计4 2.3 代码分析、技术实现问题8第三章 实验结果13第四章 实验总结15参考文献 16设计性实验报告成绩： 指导教师签名：17引言随着工业自动化与信息化的不断发展,数据采集已经成为了计算机与外部物理世界连接的桥梁。数据采集系统广泛地应用于工业生产中设备工作状况的监测、控制领域中的闭环控制系统及仿真领域的半实物仿真系统。 传统的数据采集装置通常由单片机及采集卡组成, 其采集通道数较少、单任务的软件结构及实时性差等不足之处已无法满足人们的需求。ARM ( Advanced RISC Machines) 是基于RSIC 架构的数据宽为32 位可嵌入操作系统的微处理器。由于其体积小、价格低、可靠性高、低功耗等特点在工业自动化、国防、运输等领域得到了广泛的应用。 本次设计是基于ARM的多通道实时数据采集系统;该系统由下位机系统及上位机软件组成,下位机硬件主要基于ARM工控开发平台、数据采集板及模拟量输出板,采用C/OS实时多任务操作系统,实现多通道数据的采集、数据存储及模拟量的输出,并将采集数据实时传送至上位计算机;上位机软件接收数据进行监控,图形化显示数据变化,并控制下位机的模拟量输出功能;通过实验验证,下位机系统能够实现多通道数据的采集、存储及模拟量的输出,C/OS操作系统完成多任务的实时调度,上位机软件成功进行模拟量数据的采集监控及数据变化的图形显示,整个系统具有良好的实时性。采用多任务编程方法，每个任务监视一路AD 转换， 每一路AD 的转换结果在液晶屏上用一个条形图的长短来表示，直观地显示每路模拟输入电压的大小。可以通过文本框给每路AD 设置警戒值，某路输入超出警戒线之后条形图中超出的部分会以闪动的方式显示。 第一章 课题要求1.1 课题内容及目的采用多任务编程方法，每个任务监视一路AD 转换， 每一路AD 的转换结果在液晶屏上用一个条形图的长短来表示，直观地显示每路模拟输入电压的大小。可以通过文本框给每路AD 设置警戒值，某路输入超出警戒线之后条形图中超出的部分会以闪动的方式显示。并在数码管上对应的某通道的数值显示当超过警戒线数值时，数字闪烁显示。在此基础上，利用实验箱中的数码管显示每一路的电压采样值，并能在超出警戒值的情况下闪烁显示，在LCD屏上对应条形图的顶部显示具体的电压值。1.2 运行环境硬件：ARM嵌入式开发平台、用于ARM7TDMI的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。软件：PC机操作系统Win98、Win2000或WinXP、ARM SDT2.51或ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。第2章 正文2.1 课程分析数据采集系统置于被监控的设备处，通过传感器对设备的电压或者电流信号进行采样、保持，并送入A/D转换器变成数字信号，然后将该信号送到FIFO中。当FIFO中存放的数据到了一定数目时，由ARM7从FIFO中读出，然后通过ARM7的以太网接口送给上位机。多路采集通道经过模拟开关后再进入A/D转换器。CPLD是整个系统的控制核心，它控制采集通道的切换、A/D转换器的启/停、转换后的数据在FIFO中的存放地址发生器、产生中断请求以通知ARM7读取存放在FIFO中的数据等。2.2 系统设计1编写OnKey()函数，响应键盘消息。流程图如图1所示。1） 这里设置了两个文本框，用来输入通道编号和该通道的警戒值，在键盘消息响应函数里针对两个文本框分别作出处理，只处理回车键和取消键，其他键由控件本身处理。程序里用变量EditNumber 指示当前要编辑的文本框控件；用变量input 指示该文本框控件是否处于输入编辑状态。以此决定回车键应该执行的功能。 2）当文本框控件不是编辑状态时，第一次回车将使其进入编辑状态，在程序里用SetWndCtrlFocus( )函数将焦点转移到该控件并用SetTextCtrlEdit() 函数设置为编辑状态；当文本框正处于编辑状态时，第二次回车将使其退出编辑状态，并将要编辑的文本框切换到另一个文本框控件，取消键的处理和这种情况类似。 当在实现按键实现通道的选择时，我我在void Main_Task(void *Id) 里添加了如下代码：if(flag)switch(pMsg-WParam)case 15:Key_val=0;break; case 11:Key_val=1;break; case 12:Key_val=2;break; case 13:Key_val=3;break; case 8:Key_val=4;break; 时通过按键的扫描码来改变变量Key_val的值，最后来控制通道的选择以及后面添加的数码管的显示位置。在之前添加一个变量flag是为了在文本焦点时，柱状图和通道不会改变。3） 如果当前要编辑的文本框是警戒值输入框，在编辑状态中回车确定后，所输入的通道编号以及警戒值就会保存在数组WarnningData 中，代码如下： WarnningData Unicode2Int(pChannelTextCtrl-text)=Unicode2Int(pValueTe xtCtrl-text); 图12编写绘图显示任务Display_Task， 绘制文本框和柱状图等，并实现文本框编辑程序和超过警戒值后的显示，其流程图为图2所示。图21） 程序中用TextOut()函数显示文本框的提示信息，用数组edit 记录两个文本框是否处于编辑状态，用变量IsEdit 指示提示信息是否显示。在此次的实验中，我是利用一个disp_en来控制是否在柱状图上的文本框内显示电压值，而这一使能的控制是在触摸屏上的点击实现的，只有在单击触摸屏的时候才会被触发。if(disp_en) Int2Unicode(int)result_AD0,result_AD0_16);TextOut(pdc,110,(int)(210-result_AD0*20/3.3)-10,result_AD0_16,TRUE, FONTSIZE_SMALL)；在实际上，IsEdit这个变量在显示任务循环一次就改变一次状态，当IsEdit=1 时将提示信息擦掉，否则保持显示不变。这就是闪烁显示的原理，表示AD 转换结果的条形图超出警戒值的部分的闪烁也是这样实现的，随着任务的循环隔次的改变状态。 2）warnningx是条形图闪烁的指示变量。当某路AD 转换的结果result_ADx 大于对应通道的警戒值Warnni ngDatax时，根据warnningx 的值决定条形图的长度是和result_ADx 对应还是和W arnningDatax对应，这样看起来条形图的长度是变化的，效果就是超过警戒线的那部分在闪烁。 而我在这里做出了修改与控制，是在键盘按键响应才触发这警告值。而按键的响应式依靠之前的键盘的扫描码的值来控制的Key_val变量。于是在此添加了一段语句：if(Key_val=0|Key_val=4)。5、编写数码管显示代码。通过改变模拟电压的值来控制数码管上的显示值。并且是在此基础上在添加一个控制，当有按键时同时也控制的数码管的显示位。2.3代码分析、技术实现问题（1）数码管显示及闪烁显示的代码/ 0通道显示if(Key_val=0|Key_val=4) /是在按键响应的同时对数码管的位显示也进行控制 ZLG7289_ENABLE();/使zlg7289占有同步串口Delay(5);/延时WriteSDIO(ZLG7289_CMD_DATA1|6);/数码管以方式1译码，第一个数码管亮WriteSDIO(int)(result_AD0)%10);/显示个位Delay(1);/延时if(int)(result_AD0)9)/键值大于9显示十位WriteSDIO(ZLG7289_CMD_DATA1|7);/发送十位数据WriteSDIO(int)(result_AD0)/10);Delay(1);WriteSDIO(ZLG7289_CMD_HIDE);/使一、二、三这三位数码管显示WriteSDIO( 0xff);else/键值小于10不显示十位WriteSDIO(ZLG7289_CMD_HIDE);/使个位数码管显示WriteSDIO(0x7f); a=0xff;if(result_AD0WarnningData0)a=0x3f;Delay(1);WriteSDIO(ZLG7289_CMD_FLASH);/闪烁WriteSDIO(a);这是通道0的数码显示及闪烁，只需将通道0中的输入值和警戒值改成对应通道的值就可以实现。（2）在LCD屏条形图中超出部分闪烁显示的代码if(result_AD0pOSCtrl)if(pMsg-pOSCtrl-CtrlMsgCallBk)(*pMsg-pOSCtrl-CtrlMsgCallBk)(pMsg);elseswitch(pMsg-Message) case OSM_TOUCH_SCREEN: /触摸屏的控制 switch(pMsg-LParam) case TCHSCR_ACTION_CLICK: /响应触摸屏单击控制 disp_en=TRUE; /单击触发文本框电压显示 break; case TCHSCR_ACTION_DBCLICK: /响应触摸屏双击控制 disp_en=FALSE; break; break;case OSM_KEY: /按键响应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;Uart_Printf(key=%dn,pMsg-WParam);if(flag) /变量flag在之前的触摸屏单双击控制时响应是否成立switch(pMsg-WParam) case 15:Key_val=0;break; case 11:Key_val=1;break; case 12:Key_val=2;break; case 13:Key_val=3;break; case 8:Key_val=4;break; default:OSOnSysMessage(pMsg);break;DeleteMessage(pMsg);OSTimeDly(200);第3章 实验结果将生成的文件编辑下载到开发平台并运行，通过四个旋钮来改变相应通道的电压值，当输入的电压值超过警戒值时，对应的数码管显示的数值也会闪烁显示，同时在LCD屏上的条形图的超过部分也会闪烁，条形图的顶端会显示相应的电压值（数值与数码管显示的值相同）。也可在通过按键来直接控制是否闪烁显示。哪怕电压值再高，超过警告值也不闪烁。在LCD屏上设置了两个文本框，一个是控制的通道的，另一个是改变警戒值的。当enter键按下时，选中了通道文本框，按键响应后，在文本框内显示所按下的值，再按下enter后，柱状图跳到该值对应的通道。并且在触摸屏上单击就可以显示柱状图上的电压值，双击后，电压值消失。实验结果实物图如下：第4章 实验总结嵌入式实验，从第一次到最后一次，我几乎都是选择的ARM7的实验，所以对ADS实验比较熟悉，可是在实验中还是遇到了形形色色的问题，因为一个人想把一个设计性的实验完全做完,是不太容易的,之前的实验都是按照老师的视频做的，而且也是最多实现一个现象而已，没有什么要细细斟酌考虑要实现的话该怎么做？而这次是自己想实现什么样的现象，什么样的特色都要自己去发现、去理解，所以面对一大堆代码时，很是伤脑筋。所以我必须要将前面所掌握的知识融会贯通，并灵活运用，这样才能把这次实验做完。首先按照的实验要求，我开始在网上找资料，以及结合之前老师讲的实验资料，然后和做这个实验的同学讨论，终于有了一个比较的明确的思路，也想出了自己想要的效果。可是真正做的时候并不是那么简单的，总是遇到这样那样的问题，遇到问题就要解决，这就要自己的实力，终于经过自己不懈的努力，终于把程序中的错误都改正过来了。这次实验使我明白了很多，光会有理论知识是不行的，我们要把理论知识和实践结合起来，这样才发挥了理论知识的用途。虽然这次实验我经历了整整七个小时的艰苦奋斗，这样的坚持不懈终于最后有了自己想要的成效。所以我知道也深深地体会到做实验的时