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基于MCU的高可靠性数据采集系统软件设计分析

赵晨征;吴永强

【摘要】基于对用户使用产品质量保证的目的,本文采取了对MCU软件系统的实

际设计方案进行研究,通过对MC9S12NE64单片机进行初始化模块、系统模块诊

断与数据采集、系统故障诊断与处理的方法,结合ADS7844模数转换器,对软件避

错设计和客错设计路线进行实验,得出MCU高可靠性数据采集系统软件的设计方

案.为今后的MUC数据采集系统研究以及类似数据采集系统的研发和设计提供参

考.

【期刊名称】《电子设计工程》

【年(卷),期】2015(023)023

【总页数】3页(P79-81)

【关键词】MCU;高可靠性;数据采集系统;系统设计

【作者】赵晨征;吴永强

【作者单位】国网冀北电力有限公司技能培训中心(保定电力职业技术学院),河北保

定071000;国网冀北电力有限公司技能培训中心(保定电力职业技术学院),河北保定

071000

【正文语种】中文

【中图分类】TN99

信息技术给人们生活带来了极大的便利,人们的生活和工作已经逐渐实现信息化、

数字化,尤其是现代企业管理中,已经大量使用数字化采集系统,嵌入式软件在行业生

产实践中的应用越来越广泛,发挥着重要的作用,其规模和重要性已经不容忽视。而

在长期使用过程中,人们对系统可靠性的要求也越来越高。随着实践研究的不断深

入,人们开发一种基于MCU的高可靠性数据采集系统,该软件系统应用各种软件设

计和方法技术,使程序设计在兼顾用户的同时,还能满足各种需求,全面满足软件的可

靠性要求[1],得到人们的青睐。下面将针对系统设计进行详细的阐述和分析。

本文研究使用MC9S12NE64单片机,相结合ADS7844模数转换器,完成数据采集

与处理工作,其基本构成包括：数据采集中心,首先数据信息由模拟量输入信号,经过

数据传感器调解后,通过多路径开关进入A/D转换,CPU通过SPI接口采集数据缓

冲区数据,经过以太网传输进入DCS,通过LED灯现实系统数据运行状态,以便实时

监测。为了及时了解通道状态信息,在系统中添加SPI接口发送通道诊断信号,通过

DAC采集诊断信号,输出信号。系统构成如图1所示。

数据采集系统的核心技术是避错和容错技术。避错技术主要是防范。根据GJB-

102-2005规定,本次研究的系统设计依照MISRA-C国标进行编程,系统安全系统C

编程规范的单一高级语言编码方式[2]。结合设计基本原理,软件采用固定周期单任

务处理,无操作自动化系统,无需中断,全程静态内存

分配任务。系统设置为默认下载MC9S12NE64片内FLASH储存器,采用周期顺序

结构,自定义网络传输协议为唯一认定通信方式。编译工具采用

CodeWarriorIDE4.6系统,代码小于64KByte,对于可读磁盘的内存需求为8K

Byte。系统软件整体为强内聚,弱耦合。现将整体模块分为3大块,下文将展开详细

介绍。

本次研究主要分为3大模块,如图2所示。

3.1初始化模块

整个软件系统中,重要的设计是容错技术,通过全面自动检测和故障处理来提升系统

的可靠性。

系统的初始化,即启动后自动初始化,此时设置系统的运行的环境和条件。初始化

MCU的硬件资源包括时钟频率选择,计数器的初始化,I2C接口的初始化等,全部清

零。初始化部分包括[3]：芯片的片选管脚、看门狗控制管脚以及其他电源控制等

部分。本系统时钟频率设定为25MHz。初步设定的运行模式为用户普通扩张方式；

SPI接口与CPU对接,芯片配置时,应该使用写控制字的方法,设定参数后方可启动。

初始化即完成系统整个模块运行的技术参数,当初始化工作完成之后,将进入周期运

行模块。

3.2系统模块诊断及数据采集

周期运行阶段是整个数据采集软件系统中的核心部分,包括：数据采集、系统自动

化检测、网络数据处理等。系统自我检测的设备主要是板卡,能检测系统故障问题,

并且能根据任务周期,判断是否超时,如果超市,可以选择停止运行[4]。周期运行阶段

的核心工作内容