51單片機實現嵌入式實時操作系統的溫控器設計

目前，8位單片機在測控領域和智能化電子產品應用中仍占有重要地位．而應用嵌入式實時操作系統(ERTOS)會對8位單片機的軟件開發帶來極大方便。在此簡要介紹嵌入式實時操作系統及其在程序設計中的優越性，重點介紹了適合于小RAM單片機的嵌入式實時操作系統Small RTOS51，以及基于8位單片機的硬件和軟件的設計方法和過程。

1 嵌入式實時操作系統Small RTOS51簡介
嵌入式系統已成為當今的熱門話題之一，從消費類電子產品到各種工業設備，嵌入式系統已滲透到日常生活的各個角落。對于嵌人式系統，一個重要的特征是實時性，即在確定的時間內完成規定的功能，并能對外部異步事件做出正確響應。確保系統的實時性，需要軟硬件配合來完成，首先必須保證硬件處理速度滿足實時要求，而對于軟件，就是采用與之相適應的嵌入式實時操作系統(Embedded Real_TimeOperating System，ERTOS)。
采用嵌入式實時操作系統(ERTOS)，能夠保證系統中任務切換的實時性，事件響應時間的確定性及系統的高可靠性，同時，ERTOS將用戶應用程序看成是其上運行的多個任務，這就為程序的編寫、調試和系統功能的擴展提供了極大方便，并且由于ERTOS的使用，客觀上使得應用軟件與下層硬件環境無關，便于嵌入式軟件的移植，從而可以大大降低系統開發成本和開發周期。目前，已推出的嵌入式實時操作系統有很多種，比較常用的有VxWorks，WinCE，VRTX，pSOS，Palm OS，嵌入式Linux，Delta OS等。對于8051系列單片機，由于具有很少的RAM和ROM，在嵌入式實時操作系統中，比較適合于這種單片機操作系統是Small RTOS51，它使用Keil C51所帶得RTX Tiny的堆棧管理機制，并和μC／OS-Ⅱ一樣是搶占式的。目前，Small RTOS的最新版本為1．20．3，可以支持任務的動態建立與刪除，支持C51的重入函數，支持動態內存分配等。

2 嵌入式溫控器
2．1 嵌入式溫控器的結構及原理
由Small RTOS51實現的基于8位單片機的溫控器的系統結構如圖1所示。單片機作為控制核心，負責讀取溫度傳感器的溫度，并輸出至LED顯示器顯示，按鍵用來設置溫控器的溫度，當溫度超限時由輸出控制部分輸出控制信號，驅動繼電器或者報警裝置，電源部分為整個系統供電。
2．2 嵌入式溫控器硬件電路
由于溫控器的外圍電路比較簡單，主控器所需的輸入／輸出口不多，故采用Atmel公司的AT89C2051，溫度傳感器采用美國DALLAS半導體公司的DS18B20，其數據信號線接微控制器P3．7，LED顯示器采用4個共陰極數碼管構成，由4個串入并出的移位寄存器74LS164驅動，采用靜態顯示方式，P1．1作為LED顯示器的串行數據輸入，P1．0作為LED顯示器的串行時鐘輸入，輸出控制信號由P1．7輸出，控制PNP型晶體管，另外設置4個按鍵分別連接微控制器的P3．2～P3．5，其硬件電路如圖2所示。

3 系統軟件設計
3．1 任務的分解劃分
任務的劃分包括確定哪些變換屬于哪個任務，以及確定各任務的優先級。具體劃分原則可參考文獻[1]。根據任務劃分的原則以及嵌入式溫控器的具體功能，本系統將任務分解劃分為按鍵顯示處理，溫度測量，和輸出執行3個任務。
3．2 系統軟件的設計
系統軟件設計主要包括主程序設計和各任務程序設計。
該設計主程序流程圖如圖3所示。主程序進行初始化以后，順序建立3個任務，進入CPU休眠狀態，各個任務運行后，首先進入任務休眠狀態，等待相應任務的喚醒，任務被喚醒以后，進行相應處理，再次進入休眠狀態。各個任務均采用無限循環結構，其形式如下：

任務喚醒用函數OSTaskResume(TASK_ID)來完成。在KeilμVision 2下建立工程，編輯相應的頭文件config．h，并對OS_CFG．h和OS_CPU．h的有關內容進行相應設置，進行編譯直到成功為止。

4 結 語
根據嵌入式溫控器的硬件電路，利用嵌入式實時操作系統Small RTOS51對其進行程序設計，KeilμVision 2建立工程并進行編譯，下載代碼后溫控器工作正常。對于現在仍然使用廣泛的8位單片機，采用Small RTOS51進行程序設計，既簡單又方便。利用中斷、信號量、消息隊列，可以實現更多功能和作用；另外實時操作系統有多種，但其原理類似，懂得了其中之一，可以舉一反三，理解和應用其他嵌入式實時操作系統。