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1引言

隨著計算機技術及微電子技術的發(fā)展，嵌入式系統的應用已經深入到各類產品：智能家電、 工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療、軍事等各種智能化數字設備。

嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件及硬件可以按需要剪裁并且對功能、可靠性、成本有嚴格要求的專用計算機系統。其在稱重儀表的應用將促進稱重儀表的智能化、小型化、網絡化發(fā)展。

稱重儀表的發(fā)展趨勢是高精度、快速響應傳感器的信號，但是傳統意義的51單片機順序編程大循環(huán)概念，A／D轉換采用中斷、查詢方式，再加上離散器件組成系統的時延等因素，極大的阻礙了實時性需求的實現。因此開發(fā)基于SOC(System On Chip)片上系統的多任務系統智能稱重儀表勢在必行。

在系統規(guī)劃及開發(fā)階段進行系統軟件設計時，采用某公司RTX51嵌入式實時操作系統作為多任務開發(fā)環(huán)境RTX51 Tiny，適用于51系列的所有派生機型。因為RTX51 Tiny不僅是免費的，而且功能強大，可以靈活的分配硬件系統資源(CPU，存儲器等)給各個任務，對嵌入式操作系統在智能稱重儀表領域的應用具有劃時代的意義。

2硬件設計

2．1主處理器：

系統的硬件設計采用美國某公司的C805 1 F020，C805 1 F020器件是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，C8051F020具有64個數字I／O引腳，下面列出了一些主要特性：高速流水線結構的8051兼容的CIP-51內核可達25MIPS全速非侵入式的在系統調試接口；片內帶PGA真正12位100ksps的8通道ADC；模擬多路開關，兩個12位DAC，可編程更新時序；64K字節(jié)可在系統編程的FLASH存儲器；4352(4096+256字節(jié)的片內RAM)；可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數據存儲器接口；硬件實現的SPI SMBus／I C 和兩個UART 串行接口；5個通用的16位定時器；具有5個捕捉／比較模塊的可編程計數器/片內看門狗定時器VDD監(jiān)視器和溫度傳感器

8051固件片內JTAC調試電路，允許使用安裝在最終應用系統上的產品MCU進行非侵入式不占用片內資源全速在系統調試，該調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG調試時，所有的模擬和數字外設都可全功能運行，每個MCU都可在工業(yè)溫度范圍_45。C~1+85。C內，使用2．7V-3．6V 的電壓，工作端口I／O／RST和JTAG 引腳都容許5V 的輸入信號電壓。

2．2 A／D模塊

A／D轉換部件采用Σ一△轉換技術，真正的高速高精度數模轉換，采取特殊算法及硬件處理實現16位以上精度。

2．3通訊模塊

標準配置設計RS232串口，方便與PC機通迅，PC機上的程序采用VB編制，根據具體的機型修改下位機的工作參數。這樣只要將上位機程序安裝在筆記本電腦中，可以方便現場維護、修改整定參數。

2．4顯示及鍵盤模塊

采用低溫液晶顯示，自制各種中文字庫，鍵盤采用輕觸銀漿按鍵，可以適應各種溫度條件。

3軟件設計

3．1下位機軟件開發(fā)：

使用Keil C51 V7．0來進行軟件的編寫和調試，全部代碼用C語言完成，利用Keil支持的RTX51 Tiny嵌入式實時操作系統作為工具。該操作系統是一個準并行的多任務環(huán)境，和Windows等現代操作系統相似，就是將CPU的時鐘切割成很小的等量時間片，然后分配給每個任務，當這個任務執(zhí)行了給定的時間片斷之后，還未完成，則保護現場之后，跳轉到下一個任務執(zhí)行，這樣不斷的循環(huán)執(zhí)行之，實際上，同一時刻只有一個任務在執(zhí)行，但是由于時間片非常短，一般為1Ores數量級，所以相對上來說，就相當于多個任務在同時執(zhí)行了。RTX51最小模式最多可支持16個任務，很少的內部RAM及ROM，不需要擴展外部RAM，它利用51內部的定時0來產生報時，能滿足大多數簡單控制系統的需要。

利用RTX51操作系統的準并行特性，對任務模塊進行大小適當的劃分，并對各個任務問的通信和時延進行仔細的確認。要指出的是在RTX51下進行多任務編程和以往的順序單任務編程有以下幾個值得注意的不同點：

(1)多任務編程CPU是輪流執(zhí)行每個任務，所以可以將每個任務設計成死循環(huán)的模式，不斷重復的進行數據計算或者訪問硬件，也不會影響別的任務的執(zhí)行，當一個任務的數據計算完成之后，可以通過os__ wait函數將CPU交出執(zhí)行別的任務；而傳統的大循環(huán)順序單任務模式卻獨占了所有的CPU資源，尤其全局變量多時，時常得擔心是否執(zhí)行時問太長而不能及時響應外部的異步事件。

3．2數字濾波

本文測量一個相對不變的直流信號及應變儀輸出，可以用過采樣和求均值技術改善有效分辨率。

如果一個稱重裝置必須測量一個寬范圍的重量而同時又要能分辨很小的重量變化則過采樣和求均值能提高測量的有效分辨率。

對ADC測量數據求均值等價于一個降采樣低通濾波器，實現過采樣和低通濾波器的數字信號處理過程通常被稱為插補，從這個意義上說用過采樣實現兩個12位ADC碼之間的插值求均值的樣本數量越大則低通濾波器的選擇性越強插值的效果就越好。因此可以達到16位以上的分辨率，適應稱重的要求。

但是由于過采樣是以犧牲時間來提高精度，對實時性要求較高的產品，本文采用特殊處理的硬件、軟件來實現，避免了系統數據建立延遲，可以在系統要求的時延內達到18位以上精度，同時滿足采樣的實時顯示，真正做到智能稱重儀表的要求。

3．3溫度補償

由于環(huán)境溫度的周期性變化，對應的傳感器的精度受溫度影響較大，本文采用的SOC自己帶有溫度傳感器，可以按照環(huán)境溫度的變化特性來實時更新精度矯正系數，真正達到智能化稱重儀表的功能。

4結束語

多任務編程還有另外一個缺點就是資源沖突和重入問題，解決資源沖突和重入的方法可以參考相關文獻。

本系統實際使用證明：本系統穩(wěn)定可靠，實時性比采用傳統C51編程更加優(yōu)越，可靠性更高。本系統在SOC單片機上采用了RTx51嵌入式操作系統，在智能稱重儀表應用領域具有一定的超前意義。

 

 

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