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基于Web的MCF5249數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者: 時間:2011-07-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和市場需求的變化,工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。本文討論方法,并從硬件和軟件兩方面進(jìn)行討論。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/156019.htm

引言

現(xiàn)在嵌入式的應(yīng)用越來越廣泛。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和市場需求的變化,工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。M2M(Machine to Machine)的網(wǎng)絡(luò)通信已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn),而技術(shù)為工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理提供了一種解決方案。本文從硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個方面討論了摩托羅拉處理器在方面的應(yīng)用,并實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程表征。

由于這一面向廣義的過程,所以只要可獲得過程參數(shù),就能實(shí)現(xiàn)過程行業(yè)的遠(yuǎn)程在線表征。特別是Web完成實(shí)時數(shù)據(jù)庫生成,真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集群系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源無人工干預(yù)自動獲取。其應(yīng)用將會不斷地延伸。

本文描述的摩托羅拉是以ColdFire 32位微處理器為基礎(chǔ)的高性能處理器,該處理器內(nèi)部集成了一個片內(nèi)12位ADC,可用于工業(yè)。且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)uClinux。由于uClinux是為沒有MMU的微處理器設(shè)計(jì)的。且源泉代碼公開,為降低成本和獲取軟件的自有產(chǎn)權(quán)提供了方便。當(dāng)然,uClinux不是一個強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng),為支持一般過程系統(tǒng),可以通過一些補(bǔ)丁程序來提高其實(shí)時性,所以本文討論的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要應(yīng)用于一些實(shí)時性要求不高的場合。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

摩托羅拉MCF5249處理器內(nèi)部集成了一個片內(nèi)12位∑—ΔADC,它有四路輸入(ADIN0~ADIN3),任一時刻只允許一路輸入,由多路選擇器決定。ADC的數(shù)字部分在MCF5249的內(nèi)部,而模擬電壓比較器由外圍電路提供。A/D轉(zhuǎn)換的輸出引腳以脈寬調(diào)制的格式提供參考電壓,因此,該輸出需要一個外圍的阻容電路,將其轉(zhuǎn)換成直流電壓,以備外部的電壓比較器電路使用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件原理圖如圖1所示。

由于微處理器不可承受負(fù)電壓,所以必須將輸入電壓限制在0~+3V之間。Motorola公司不建議使用外部箝位二極管直接在模擬輸入端進(jìn)行過壓保護(hù),而在輸入端引入1~10kΩ的限流電阻和低通濾波器,在低通濾波器的輸入端連接二極管對輸入電壓進(jìn)行箝位。 MACQ是一個定長有序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。源進(jìn)程(生產(chǎn)者,ADC采樣程序)將數(shù)據(jù)存入MACQ,一旦初始化,MACQ總是滿的。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)被存入(PUT)MACQ,舊數(shù)據(jù)即被丟棄(如圖3)。應(yīng)用進(jìn)程(消費(fèi)者)可以從MACQ中讀取任何數(shù)據(jù)。讀功能是非破壞性的,即讀操作不會改變MACQ。 主要有以下顯示模塊。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為兩大模塊,即數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)顯示模塊。

2.1數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊是系統(tǒng)的核心模塊,為了提高數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性,應(yīng)采用中斷方式完成數(shù)據(jù)采集。其流程圖如圖2所示。

MCF5249微處理器為其內(nèi)部ADC提供了一個控制寄存器ADCONFIG,其地址是MBAR2_ADDR+0x402,在初始化程序中需要指定MBAR2_ADDR地址。

通過ADCONFIG寄存器可以設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器工作方式、采樣頻率、是否采用中斷方式等。下面給出設(shè)置ADCONFIG寄存器實(shí)例。

#define MBAR2_ADDR 0x8000000

#define AD_CONFIG 0x402

#define AD_VALUE 0x406

…………

//設(shè)置ADC

*(volatile unsigned short int *)(MBAR2_ADDR+AD_CONFIG)=0x442;

該設(shè)置確定ADIN0作為模擬信號輸入通道,采樣頻率設(shè)置為1/4系統(tǒng)總線時鐘頻率。當(dāng)時鐘產(chǎn)生4095次翻轉(zhuǎn)時,系統(tǒng)產(chǎn)生一個軟件中斷(中斷號為63)。一次采樣結(jié)束,并將采樣結(jié)果存于ADVALUE寄存器(其地址為MBAR2_ADDR+0x406)。A/D轉(zhuǎn)換值可以用如下公式計(jì)算:

Vi=(X/(2 n-1)) ×Vfullscate

其中,Vi為ADC的輸入電壓;Vfullscate為滿量程輸入電壓;

X為ADC輸出的數(shù)字量;

n為ADC的位數(shù)。

A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果在中斷處理程序中讀取。讀取一次轉(zhuǎn)換的程序代碼如下:

Volatile unsigned shortint m;

m=*(volatile unsigned short int *)(MBAR2_ADDR+AD_VALUE);

通常,A/D轉(zhuǎn)換需要連續(xù)采樣。采樣結(jié)果應(yīng)存放在一個多訪問循環(huán)隊(duì)列MACQ(Multiple Access Circular Queue)中。

在uClinux中,A/D轉(zhuǎn)換中斷程序的編寫方法是將A/D轉(zhuǎn)換器作為一個字符設(shè)備來處理。中斷程序是在linux/drivers/char目錄下編寫,其結(jié)構(gòu)如下:*file:m5249_adirq.c


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