基于ATmega128和μC/OS-II的在線鈉離子分析儀的設(shè)計

4．4 人機接口

采用TFT3224真彩液晶顯示器，支持256色顯示，帶有觸摸屏功能，改變了以往單一顏色顯示、按鍵操作的風(fēng)格。觸摸屏接口器件選用ADS7846，它具有同步串行接口的12位取樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外測量值經(jīng)串口遠程傳輸?shù)娇刂剖摇?

5 軟件設(shè)計

8位單片機為核心的測控系統(tǒng)程序一般采用前后臺方式編寫，后臺運行一個大的無限循環(huán)，前臺為多個中斷，在這種方式中，中斷服務(wù)程序提供的信息一直要等到后臺程序運行到處理該信息時才能得到處理，所以在處理信息的及時性上這種系統(tǒng)要比實際做到的差，而且代碼編寫復(fù)雜，增加功能時任務(wù)量大，不便于維護。因此采用μC／OS-II操作系統(tǒng)。

5．1 嵌入式實時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ

μC／OS-II是一個完整的，開源的，可移植、固化、裁剪的占先式實時多任務(wù)內(nèi)核。程序量，僅7～8K，絕大部分代碼采用ANSI C編寫．便于移植。其穩(wěn)定性與安全性方面已經(jīng)過美國聯(lián)邦航空管理局認證。

使用μC／OS設(shè)計軟件系統(tǒng)首先要實現(xiàn)μC／OS在硬件應(yīng)用平臺上的移植，主要就是完成對OS_CPU_C.C，OS_CPU_A．ASM等多個與處理器相關(guān)文件的改寫，在μC／OS的官方網(wǎng)站有在數(shù)十種處理器上移植成功的范例，可以免費下載，這里不再詳細介紹。

基于μC／OS-II編寫應(yīng)用程序比較簡單，首先根據(jù)系統(tǒng)功能合理劃分任務(wù)，確定任務(wù)間的通信機制。每個任務(wù)都是相對獨立的子模塊，有唯一的優(yōu)先級和自己的堆?？臻g。每個任務(wù)處于以下5種狀態(tài)的一種：休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)及被中斷態(tài)。內(nèi)核在一個定時中斷函數(shù)中查詢進入就緒態(tài)中的優(yōu)先級最高的任務(wù)，然后把當(dāng)前任務(wù)掛起，保存現(xiàn)場，執(zhí)行該任務(wù)。各個任務(wù)間根據(jù)信號量、消息郵箱、隊列等通信方式傳遞信息。

5．2 任務(wù)劃分

基于μC／OS-II編寫應(yīng)用程序主要的工作是劃分任務(wù)和分配優(yōu)先級及任務(wù)之間信息的傳遞。設(shè)計中，將整個系統(tǒng)劃分為：①數(shù)據(jù)處理與顯示；②菜單顯示任務(wù)；③串口通信任務(wù)。A／D中斷：AD7714的定時中斷；觸摸屏中斷：點擊觸摸屏觸發(fā)外部中斷。軟件設(shè)計如圖4所示。

在AD7714的A／D定時中斷服務(wù)中發(fā)送消息，數(shù)據(jù)處理及顯示任務(wù)接收到消息后，把消息中的A／D數(shù)據(jù)經(jīng)過公式推導(dǎo)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的鈉含量并顯示。

在觸摸屏中斷處理函數(shù)中發(fā)送消息給菜單任務(wù)，菜單任務(wù)接收到消息中的坐標(biāo)值后，進行判斷并顯示相應(yīng)的菜單界面。串口通信任務(wù)把測量值經(jīng)過串口遠傳到控制室。

6 結(jié)語

系統(tǒng)創(chuàng)新性在于將高性能微處理器MEGA128和新器件AD7714首次應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測信號采集。同時移植μC／OS-II操作系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路簡潔可靠，功耗低、可靠性高。軟件實時性好，便于擴展功能。將此分析儀與進口儀表進行對照實驗，數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知，該分析儀的測量精度接近進口儀表。通過與國家標(biāo)準(zhǔn)比對，分析儀的各項指標(biāo)已符合國標(biāo)，可作為在線式儀表用于水質(zhì)鈉離子含量的連續(xù)檢測。