采用Atmega128單片機設(shè)計的嵌入式控制器，模擬量輸入通道用Atmega128片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器，輸出用AD421D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字量I/O通道配置高速先耦器件.用LCCavr編譯器修改OSTaskStklnit()函數(shù)及其相關(guān)文件，定義數(shù)據(jù)類型等以實現(xiàn)MICroC/OS-Ⅱ的移植.

1 引言

嵌入式控制器是機電設(shè)備實現(xiàn)自動化的核心部件。故以大型機電設(shè)備為控制對象，利用高性能Atmega 128微處理器， 設(shè)計了具有現(xiàn)場總線(CANBUS)網(wǎng)絡(luò)通信和一定通用性的多功能嵌入式智能控制器。

2 硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1。

本控制器的核心采用64管腳TQFP封裝的Atmega128芯片，具有53個可編程的I/O引腳，片內(nèi)集成有128KB閃存、4KB EEPROM 和4KBSRAM，適合I/O通道和存儲空間的需求。

(1)模擬量輸入通道

模擬量輸入通道采用Atmega128片內(nèi)的8通道1O位A/D轉(zhuǎn)換器。其信號輸入部分可以根據(jù)具體的信號情況選擇使用圖2所示的多功能輸入信號調(diào)理電路。在電壓信號輸入時可以由R1和C構(gòu)成低通濾器(R2開路);R1和R2可以構(gòu)成輸入信號分壓電路(電容c開路);對于4-20mA電流輸入信號，R2使用250Q的精密電阻即可變換為1～5V的信號(R1短路、C開路)。在電路版上設(shè)計有對應(yīng)多功能信號調(diào)理電路焊位元件的位置，可根據(jù)需要白行選擇使用。8路模擬量輸入部分占用的是ATMEGA128的PF0～PF7。

(2)模擬量輸出通道

模擬量輸出通道單元電路設(shè)計方案如圖3。D/A轉(zhuǎn)換器采用AD公司的AD421，它是一種單片低功耗、高精度的電流輸出型DAC芯片，4～20mA 的輸出可以驅(qū)動標準的執(zhí)行元件。該芯片的數(shù)字接口為標準HART(三線)或其它FSK協(xié)議，DAC為16位分辨率，單調(diào)性輸出。采用回路供電方式，內(nèi)含電源調(diào)整器為本身和外圍器件供電。在工業(yè)控制中，通常輸入量要多于輸出量，所以只設(shè)計Atmega128的PAO～PA7，PE2、PE3、PE6、PG4引腳通過4個光電隔離器(6N137)與4個AD421相連，構(gòu)成4路模擬量輸出。

(3)數(shù)字量輸入/輸出通道

數(shù)字量I/O通道各配置8路高速光耦隔離通道。光耦器件選6N137，其開關(guān)延遲tpd僅75ns，而普通光耦器件開關(guān)延遲有3～6μs。I/O通道接口安排在Atmega128的PB0～PB7、PD0～PD7。

(4)CAN總線接口

選擇獨立的CAN通信控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動器82C250和高速光電耦合器6N137與微控制器Atmega128進行設(shè)計。微處理器Atmega128負責(zé)SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。

CAN總線接口如圖4。SJA1000的AD0～AD7連接到Atmega128的PC 口，CS連接到Atmega128的PG3。PG3為0時CPU片外存儲器地址選中SJA1000，CPU通過地址可對SJA1000執(zhí)行讀/寫操作。SJA1000的RD、WE、ALE與Atmega128的引腳相連，INT 接Atmega128的PE7，Atmega128可通過中斷方式訪問SJA1000。

(5)與PC機的串行通信

考慮到智能控制節(jié)點要接收從RS232串口來的數(shù)據(jù)，因而采用了Atmega128的串行口進行中斷接收，所用的引腳是PE0、PE1。通過MAX232進行數(shù)據(jù)傳輸。

(6)脈沖輸入脈沖輸出

由于輸入信號的多樣性，增加了PI/PO部分。

3 Micro C/OS—II的移植

Micro C/OS—II移植到Atmega128上，需要修改OS_CPU.H，OS_CPU_A.S和OS_CPU_C.C三個與其相關(guān)的文件。其中OS—CPU.H主要完成的是數(shù)據(jù)類型、堆棧單位、堆棧增長方向的定義。相關(guān)的數(shù)據(jù)類型定義：

typedef unsigned char BOOLEAN;

typedef unsigned char INT8U; //無符號8位數(shù)

typedef signed char INT8S; //帶符號8位數(shù)

typedef unsigned int INTI6U; //無符號l6位數(shù)

typedef signed int INTl6S; //帶符號l6位數(shù)

typedef unsigned long INT32U; //無符號32位數(shù)

typedef signed long INT32S; //帶符號32位數(shù)

typedef floatFP32; //單精度浮點數(shù)

堆棧單位的定義：

typedef unsigned char OS_STK;//堆棧入口寬度為8位

狀態(tài)寄存器的定義：

typedef unsigned char OS_ CPU_SR;//定義狀態(tài)寄存器為8位

堆棧增長方向的定義：

#define OS_STK_GROW TH 1;//AVR堆棧由高地址向低地址增長

0S_CPU_C.C 文件主要包括任務(wù)堆棧初始化和實現(xiàn)操作系統(tǒng)規(guī)定的幾個Hook函數(shù)。其中移植需要的Hook函數(shù)如下：

OSTaskCreateHook();OSTaskDelHook()

OSTaskldleHook();OSTaskStateHook()

OSTaskSwHook();oSTCBInitHook()

OSTimeTickHook()

移植所需的OS— CPU-A.s中的函數(shù)有：

OS_CPU_SR_SAVE();OS_CPU_SR_RESTORE()

OSStartHightRdy();OSCtxSw0

OSINTCtxSw();OSTicklSR0

應(yīng)用移植后的嵌入式操作系統(tǒng)對控制器進行驗證，選取PB0～PB7作為輸入，PD0～PD7作為輸出，實現(xiàn)了二極管的發(fā)光演示。

部分源代碼如下：

static voidLED_Toggle(INT8U led)

{

#if OS_CRITICAL_M ETHOD = = 3

//AlLOCate storage for CPU status register

OS_CPU_SR cpu_sr;

#endif

OS_ENTER_CRITICAI ()：

switck(1ed)

{casc 1：PORTD⌒=0x01;break;

case 2：PORTD⌒= 0x02;break;

case 3：PORTD⌒= 0x04;break;

case 4：PORTD⌒= 0x08;break;

｝

OS_EXIT_CRITICAl ();

｝

4 結(jié)語

應(yīng)用Atmega128設(shè)計的嵌入式控制器能完成多功能數(shù)據(jù)采集與控制，CAN總線和RS232通信，移植的嵌入式實時操作系統(tǒng)可增強實時多任務(wù)信息處理的能力。并通過實驗對本設(shè)計進行了驗證。