基于LPC2138的便携式煤质分析仪的设计

　　0　引言

　　便携式煤质分析仪携带方便,可以直接携带至火车、汽车或煤堆上进行现场检验,该仪表主要分析煤炭的灰分,同时还给出发热量数据。仪器基于ARM 嵌入式处理器[1]来设计。ARM[2]的含义是Advanced RISC Micropro-cessor (高级RISC微处理器)。ARM系列是32位微处理器RISC微控制器方案,在便携式通讯、数字化多媒体和工业控制中,使用ARM正成为一种标准的趋 势。

　　1　硬件设计

　　根据便携式煤质分析的功能要求,仪器由系统核心部分、人机接口部分、数据记录回放部分组成。

　　1.1　系统核心

　　系统的核心是微处理器,微处理器选用目前常见的LPC2138芯片。片内有32 KB的静态RAM和512 KB的Flash程序存储器,有2个16C550工业标准UART、2个高速I2C总线,最大工作频率60MHz,通过片内boot装载程序实现在系统编 程/在应用编程。2个计数器对传感器输出的脉冲进行计数,通过脉冲速率计算煤的灰分值。2个串口以RS232方式与微型打印机和上位计算机通信。

　　便携式煤质分析仪采用电池供电,在设计时应充分考虑功耗,采用开关电源芯片LM2575降压成5 V和3. 3 V,供电路使用。

　　1.2　人机接口

　　传统人机接口设计比较单一,实现功能比较简单;一般采用按键操作,用户操作比较复杂。便携式煤质分析仪采用菜单显示,简化用户操作流程。液晶显示屏选用192×64分辨率单色全LCD,字库直接放在CPU的Flash内,片内RTC实现日期和时间显示。

　　1.3　数据记录及回放

　　现场采集的数据保存在片内RAM和Flash内,需要数据回放时,可根据屏幕提示选择打印机或上位计算机,煤质分析仪通过串行口将数据送出。

　　2　软件设计

　　软件部分主要由系统层和应用层组成。系统层设计首先是进行嵌入式操作系统内核的移植,再对内核扩展形成一个简单、高效的操作系统。应用层设计是在操作系统的基础上进行采集、计算分析和接口任务的设计。

　　2.1　系统层

　　系统层以成熟的uC/OS-Ⅱ操作系统内核为基础进行移植扩展。所谓移植,是指使一个实时操作系统能够在某个微处理器平台上运行。根据μC /OS-Ⅱ的体系结构,包括对与处理器相关的OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C. C三个文件中的代码进行移植,以及对与应用设置相关的OS_CFG.H、INCLUDES.H两个文件中的代码进行移植。移植的关键是定义宏 OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIR_CRITICAL()控制系统打开关闭中断;定义函数OS_TASK_SW执行任务切换;用纯 汇编定义函数OS-CtxSw实现用户级上下文切换;用纯汇编定义函数OS-IntCtxSw实现中断级任务切换;定义函数OSTaskStkInit来 初始化任务堆栈;定义函数OSTimeTick实现时钟中断服务。