摘要：以Atmel公司的AT89S52型單片微控制器為對(duì)象，介紹基于RTOS(多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))和ISP(在系統(tǒng)可編程)功能的數(shù)字儀表系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)給出硬件系統(tǒng)的組成和相關(guān)軟件編程的實(shí)現(xiàn)代碼。經(jīng)某武器系統(tǒng)的調(diào)試試驗(yàn)表明，該儀表系統(tǒng)具有顯示直觀、準(zhǔn)確、可靠的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：RTOS；ISP；單片微控制器；液晶顯示模塊
引言
Atmel公司的控制器以其集成度高、在線調(diào)試方便等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐領(lǐng)域，文中以某武器系統(tǒng)的前期預(yù)研為背景，討論了數(shù)字儀表系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，其主要功能包含：實(shí)時(shí)采集配電箱系統(tǒng)的6路正負(fù)模擬電壓值及作戰(zhàn)環(huán)境溫度，并通過(guò)MSl2232B型液晶模塊動(dòng)態(tài)式顯示。
1 軟件特性
隨著C語(yǔ)言在嵌入式系統(tǒng)中的廣泛運(yùn)用，軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、復(fù)雜性設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高，用通常的單任務(wù)無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)與中斷服務(wù)子程序相配合的編程思想已難以完成相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)較為困難，RTOS(多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))是現(xiàn)階段較為流行的處理方式。
RTOS的基本設(shè)計(jì)思想是將多種系統(tǒng)輸入和處理要求，按功能做成不同的任務(wù)函數(shù)體，并分配適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級(jí)，參考Windows系統(tǒng)的多線程處理機(jī)制，將 CPU執(zhí)行時(shí)間劃分成若干區(qū)段，每個(gè)任務(wù)函數(shù)體對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間片段．在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完后允許切換到另一個(gè)任務(wù)，因各時(shí)間段非常短，表現(xiàn)的是多任務(wù)實(shí)時(shí)處理特性。因?yàn)槿蝿?wù)并非同時(shí)執(zhí)行且具備跳轉(zhuǎn)特性，所以整個(gè)項(xiàng)目管理文件內(nèi)可以有多個(gè)無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu)，且省略了main入口函數(shù)，這是RTOS最大的特色。文中以Keil集成開發(fā)環(huán)境為平臺(tái)，利用RTX5l Tiny版本來(lái)完成整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。
ISP(在系統(tǒng)可編程)是一種適合Atmel系列器件的Flash技術(shù)，通過(guò)PC的LPT標(biāo)準(zhǔn)并行接口，能實(shí)時(shí)地將Intel格式的源程序代碼下載到微控制器的相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)域。ISP的最大特點(diǎn)是簡(jiǎn)化了調(diào)試過(guò)程，提高了軟件系統(tǒng)的可維護(hù)性，使其具備了在線升級(jí)特性。而且整個(gè)開發(fā)過(guò)程省去了反復(fù)插拔電路的操作。
2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)硬件主要包括如下幾個(gè)模塊：AT89S52型主控制器、ADC0809型模／數(shù)轉(zhuǎn)換、MSl2232B型液晶顯示器、溫度傳感器及語(yǔ)音報(bào)警等。其中 AT89S52型微處理器主要完成外圍器件的硬件控制及相關(guān)數(shù)據(jù)解算，ADC0809采集6路模擬信號(hào)并輸入主控制器，MSl2232B完成數(shù)字及相關(guān)標(biāo)識(shí)字符的顯示，配電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)超出預(yù)定指標(biāo)時(shí)由語(yǔ)音模塊給出相應(yīng)的報(bào)警信息。
2.1主控制器模塊
主控制器是Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52型單片微控制器，與常規(guī)C51系列相比，其突出特點(diǎn)是具有8KB閃速式存儲(chǔ)器(降低了對(duì)外擴(kuò)存儲(chǔ)器的要求)、256B RAM內(nèi)存(可容納更多局部變量)、8個(gè)中斷源及ISP在線可編程特性。
2.2液晶顯示模塊
MSl2232B屬于圖形點(diǎn)陣系列的顯示器件，具有雙行顯示功能，其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為122×32，通過(guò)AT89s52給出必要的數(shù)據(jù)和指令來(lái)操作 MSl2232B主、輔控制器，從而完成圖形、字符等相關(guān)信息的顯示。該液晶顯示模塊還具有較強(qiáng)的通用性．用戶用少量元件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的LCD系統(tǒng)。電路連接如圖1所示。
2.3 A／D數(shù)據(jù)采集模塊
由于本系統(tǒng)涉及多路模擬信號(hào)，故選擇了AD(20809型通用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用逐次逼近方式完成A／D轉(zhuǎn)換過(guò)程，其片內(nèi)帶有8路模擬開關(guān)，能自動(dòng)鎖存信號(hào)，輸入電壓范圍是0V～+5V，因?yàn)樵撈骷妮敵鼍哂?TrL三態(tài)鎖存緩沖器結(jié)構(gòu)，所以可以直接連人單片微控制器的I／O口。相關(guān)的接口連接如圖2所示。
需要說(shuō)明的是，在本系統(tǒng)6路電源信號(hào)中只有一路負(fù)電源信號(hào)符合ADC0809 0V～5v的輸入特性，因此必須配備相應(yīng)的反相電路，則通過(guò)LM358型運(yùn)算放大器來(lái)完成。利用LM358還可以擴(kuò)展監(jiān)測(cè)范圍(以降低測(cè)量精度為前提)，這對(duì)于精度要求不太高的場(chǎng)合是可行的。圖2中PC817型光耦用于檢測(cè)負(fù)電壓信號(hào)，當(dāng)IN4為低電平信號(hào)時(shí)對(duì)應(yīng)負(fù)電壓信號(hào)，此時(shí)在MSl2232B的相應(yīng)行位置給出“-”號(hào)標(biāo)志，這不僅解決了正負(fù)電壓同行顯示的兼容性問(wèn)題，而且減少了軟件設(shè)計(jì)量(由6路簡(jiǎn)化為3路)，同時(shí)使系統(tǒng)實(shí)時(shí)性相應(yīng)提升。
