51单片机实现嵌入式实时操作系统的温控器设计

    目前，8位单片机在测控领域和智能化电子产品应用中仍占有重要地位．而应用嵌入式实时操作系统(ERTOS)会对8位单片机的软件开发带来极大方便。在此简要介绍嵌入式实时操作系统及其在程序设计中的优越性，重点介绍了适合于小RAM单片机的嵌入式实时操作系统Small RTOS51，以及基于8位单片机的硬件和软件的设计方法和过程。

1 嵌入式实时操作系统Small RTOS51简介
    嵌入式系统已成为当今的热门话题之一，从消费类电子产品到各种工业设备，嵌入式系统已渗透到日常生活的各个角落。对于嵌人式系统，一个重要的特征是实时性，即在确定的时间内完成规定的功能，并能对外部异步事件做出正确响应。确保系统的实时性，需要软硬件配合来完成，首先必须保证硬件处理速度满足实时要求，而对于软件，就是采用与之相适应的嵌入式实时操作系统(Embedded Real_TimeOperating System，ERTOS)。
    采用嵌入式实时操作系统(ERTOS)，能够保证系统中任务切换的实时性，事件响应时间的确定性及系统的高可靠性，同时，ERTOS将用户应用程序看成是其上运行的多个任务，这就为程序的编写、调试和系统功能的扩展提供了极大方便，并且由于ERTOS的使用，客观上使得应用软件与下层硬件环境无关，便于嵌入式软件的移植，从而可以大大降低系统开发成本和开发周期。目前，已推出的嵌入式实时操作系统有很多种，比较常用的有VxWorks，WinCE，VRTX，pSOS，Palm OS，嵌入式Linux，Delta OS等。对于8051系列单片机，由于具有很少的RAM和ROM，在嵌入式实时操作系统中，比较适合于这种单片机操作系统是Small RTOS51，它使用Keil C51所带得RTX Tiny的堆栈管理机制，并和μC／OS-Ⅱ一样是抢占式的。目前，Small RTOS的最新版本为1．20．3，可以支持任务的动态建立与删除，支持C51的重入函数，支持动态内存分配等。

2 嵌入式温控器
2．1 嵌入式温控器的结构及原理
    由Small RTOS51实现的基于8位单片机的温控器的系统结构如图1所示。单片机作为控制核心，负责读取温度传感器的温度，并输出至LED显示器显示，按键用来设置温控器的温度，当温度超限时由输出控制部分输出控制信号，驱动继电器或者报警装置，电源部分为整个系统供电。
2．2 嵌入式温控器硬件电路
    由于温控器的外围电路比较简单，主控器所需的输入／输出口不多，故采用Atmel公司的AT89C2051，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司的DS18B20，其数据信号线接微控制器P3．7，LED显示器采用4个共阴极数码管构成，由4个串入并出的移位寄存器74LS164驱动，采用静态显示方式，P1．1作为LED显示器的串行数据输入，P1．0作为LED显示器的串行时钟输入，输出控制信号由P1．7输出，控制PNP型晶体管，另外设置4个按键分别连接微控制器的P3．2～P3．5，其硬件电路如图2所示。

3 系统软件设计
3．1 任务的分解划分
    任务的划分包括确定哪些变换属于哪个任务，以及确定各任务的优先级。具体划分原则可参考文献[1]。根据任务划分的原则以及嵌入式温控器的具体功能，本系统将任务分解划分为按键显示处理，温度测量，和输出执行3个任务。
3．2 系统软件的设计
    系统软件设计主要包括主程序设计和各任务程序设计。
    该设计主程序流程图如图3所示。主程序进行初始化以后，顺序建立3个任务，进入CPU休眠状态，各个任务运行后，首先进入任务休眠状态，等待相应任务的唤醒，任务被唤醒以后，进行相应处理，再次进入休眠状态。各个任务均采用无限循环结构，其形式如下：

   
    任务唤醒用函数OSTaskResume(TASK_ID)来完成。在KeilμVision 2下建立工程，编辑相应的头文件config．h，并对OS_CFG．h和OS_CPU．h的有关内容进行相应设置，进行编译直到成功为止。

4 结 语
    根据嵌入式温控器的硬件电路，利用嵌入式实时操作系统Small RTOS51对其进行程序设计，KeilμVision 2建立工程并进行编译，下载代码后温控器工作正常。对于现在仍然使用广泛的8位单片机，采用Small RTOS51进行程序设计，既简单又方便。利用中断、信号量、消息队列，可以实现更多功能和作用；另外实时操作系统有多种，但其原理类似，懂得了其中之一，可以举一反三，理解和应用其他嵌入式实时操作系统。