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基于S12XS微控制器的μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植及应用

作　者: 齐小强
导　师: 蔡坤宝
学　校: 重庆大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: S12XS微控制器 MC9S12XS128 μC/OS-Ⅱ 步进电机自动控制
分类号: TP316.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电子技术的发展,人们对医疗诊断仪器的自动化和智能化要求越来越高。因为全自动化的仪器可以免去大量重复手工操作,避免误操作,提高检测效率;另一方面,医疗诊断仪器的复杂度和精密度也是越来越高。使用传统的单片机等微控制器来直接实现大型医疗诊断仪器的自动化与智能化变得越来越困难,特别是开发高性能的全自动化学发光免疫分析仪那样的医疗仪器。所以,使用嵌入式实时操作系统就显得相当重要。把复杂的多任务管理交给操作系统,简化了程序设计,提高了单片机的实时性能和仪器的可靠性。随着单片机技术的发展,工作频率和存储器有了很大提升,单片机具备了移植操作系统的条件。论文在研究了Freescale的S12XS系列单片机MC9S12XS128和μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统的基础上,提出了将μC/OS-Ⅱ操作系统移植到S12XS微控制器。实现对步进电机的机械传动及定位系统的协调控制,应用于化学发光免疫分析仪的添加试剂系统的自动控制。论文从硬件和软件两个方面进行了研究。硬件方面:设计了MC9S12XS128单片机正常工作的完整电路和步进电机驱动芯片THB6128正常工作的完整电路。由于步进电机使用的是24V高电压,为了避免因步进电机方面的短路烧毁单片机,设计了光耦合器隔离电路。软件方面:移植μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统到MC9S12XS128单片机;配置了单片机各模块的工作方式;设计了步进电机的调速方案和控制流程;分析了步进电机在添加试剂系统中的工作流程并给出了详细的控制程序。论文以合理的电路设计和软件编程实现了既定目标。实际测试表明基于S12XS微控制器的μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统实现了对化学发光免疫分析仪的添加试剂系统的自动控制,且效果良好。论文也为化学发光免疫分析仪的全自动控制奠定了基础。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-13
  1.1 课题的研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题的研究目的与研究内容  11-13
    1.3.1 研究目的  11-12
    1.3.2 研究内容  12-13
2 μC/OS-Ⅱ 系统和 S12XS 微控制器概述  13-24
  2.1 嵌入式系统  13
  2.2 嵌入式操作系统  13-14
  2.3 μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统  14-16
  2.4 μC/OS-Ⅱ实时内核分析  16-21
    2.4.1 μC/OS-Ⅱ 体系结构  16-17
    2.4.2 任务及任务状态  17-19
    2.4.3 任务的调度  19
    2.4.4 任务间的同步与通信  19-21
    2.4.5 μC/OS-Ⅱ 的初始化和启动  21
  2.5 S12XS 微控制器  21-23
  2.6 本章小结  23-24
3 μC/OS-Ⅱ 在 S12XS 微控制器上的移植  24-38
  3.1 移植μC/OS-Ⅱ 的必要性和条件  24
  3.2 μC/OS-Ⅱ 在MC9S12XS128 上的移植步骤  24-34
    3.2.1 OS_CPU.H 文件移植  25-26
    3.2.2 OS_CPU.C 文件移植  26-29
    3.2.3 OS_CPU_A.ASM 文件移植  29-33
    3.2.4 修改主头文件Includes.H 和配置文件OS_CFG.H  33-34
  3.3 测试移植代码  34-37
    3.3.1 确保CodeWarrior5.0 编译器、开发板及连接器工作正常  34
    3.3.2 测试OSTaskStkInit()函数和OSStartHightRdy()函数  34-35
    3.3.3 测试OSCtxSw()函数  35
    3.3.4 测试OSIntCtxSw()函数和OSTickISR()函数  35-36
    3.3.5 μC/OS-Ⅱ 系统移植整体测试  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 步进电机自动控制的硬件系统设计  38-54
  4.1 化学发光免疫分析仪概述  38-39
  4.2 MC9S12XS128 单片机基本硬件系统  39-45
    4.2.1 电源电路设计  39-40
    4.2.2 时钟电路设计  40-41
    4.2.3 BDM 调试器接口电路设计  41
    4.2.4 外部复位电路设计  41-42
    4.2.5 光电传感器探测电路  42
    4.2.6 RS-232 驱动电路设计  42-43
    4.2.7 单片机供电及I/O 引脚  43-45
  4.3 步进电机控制方案  45-52
    4.3.1 步进电机概述  45
    4.3.2 驱动芯片THB6128 及外围电路  45-49
    4.3.3 步进电机的调速设计  49-50
    4.3.4 单片机模块设置  50-51
    4.3.5 步进电机的控制流程  51-52
  4.4 本章小结  52-54
5 μC/OS-Ⅱ 在自动添加试剂系统中的应用  54-64
  5.1 自动添加试剂系统过程分析  54-55
  5.2 μC/OS-Ⅱ 中任务的划分  55-56
  5.3 软件代码设计  56-61
    5.3.1 程序头部  56-57
    5.3.2 初始化函数设计  57
    5.3.3 主函数设计  57-58
    5.3.4 起始任务设计  58-59
    5.3.5 任务1 设计  59
    5.3.6 任务2 设计  59-60
    5.3.7 任务3 设计  60
    5.3.8 任务4 设计  60
    5.3.9 辅助函数设计  60-61
  5.4 测试分析  61-63
  5.5 本章小结  63-64
6 总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-68
附录  68-69
  A. 硬件系统总电路图  68-69
  B. 作者在攻读学位期间发表或者录用的论文目录  69

基于S12XS微控制器的μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植及应用

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