FreeRTOS中文入门手册
FreeRTOS中文入门手册方便初学者入门学习，讲的很好，很值得学习第一章任务管理Designed For Micr。 contr。11exs;概览附录中提供了使用源代码的实用信息小型多任务嵌入式系统简介不同的多任务系统有不同的侧重点。以工作站和桌面电脑为例:·早期的处理器非常昂贵,所以那时的多仟务用于实现在单处理器上支持多用户。这类系统中的调度算法侧重于让每个用户公平共享处理器时间。随着处理器功能越来越强大,价格却更偏宜,所以每个用户都可以独占一个或多个处理器。这类系统的调度算法则设计为计用户可以同时运行多个应用程序,而计算机也不会显得反应迟钝。例如某个用户可能同时运行了一个字处理程序,一个电子表格,一个邮件客户端和一个浏览器,并且期望每个应用程序任何时候都能对输入有足够快的响应时间。桌面电脑的输入处珒可以归类为软实时。为了保证用户的最佳体验,计算机对每个输入的响应应当限定在一个恰当的时间范围——但是如果响应时间超出了限定范闱,并不会让人觉得这合电脑无法使用。比如说,键盘操作必须在键按下后的某个时间内作出明显的提示。但如果按键提示超出了这个时间,会使得这个系统看起来响应人慢,而不致于说这台电脑不能使用。仅仅从单处理器运行多线程这一点来说,实时嵌入式系统中的多任务与桌面电脑的多任务从概念上来讲是相似的。但实时嵌入式系统的侧重点却不同于桌面电脑特别是当嵌入式系统期望提供硬实时行为的时候。硬实时功能必须在给定的时间限制之内完成——如果无法做到即意味着整个系统的绝对失败。汽车的安全气囊触发机制就是一个硬实吋功能的例子。安全气囊在撞击发生后给定时间限制内必须弹出。如果响应时间超出了这个时间限制,会使得驾驶员受到伤害,而这原本是可以避免的大多数嵌入式系统不仅能满足硬实时要求,也能满足软实时要求。Designed For Micr。 contr。11exs;术语说明在屮,每个执行线程都被称为任务。在嵌入式社区屮,对此并没有个公允的术语,但我更喜欢用任务而不是线程,因为从以前的经验米看,线程具有更多的特定含义本章的目的是让读者充分了解:在应用程序中,如何为各仟务分配处理时间。●在任意给定时刻,如何选择任务投入运行。●任务优先级如何影响系统行为。●任务存在哪些状态。此外,还期望能够让读者解:●如何实现一个任务。●如何创建一个或多个任务的实例●如何使用任务参数。如何改变一个已创建任务的优先级●如何删除任务。●如何实现周期性处理。空闲任务何时运行,可以用来干什么本章所介绍的概念是理解如何使用的基础,也是理解基于的应用程序行为方式的基础——因此,本章也是这本书中最为详尽的一章Designed For Micr。 contr。11exs;任务函数任务是由语言数实现的。唯一特别的只是任务的函数原犁,其必须返回而且带有一个指针参数。其数原型参见程序清单。void ATaskFunction( void *pvParameters )程序清单任务函数原型每个任务都是在自己权限氾围内的一个小程序。其具有程序入口,通常会运行在一个死循环中,也不会退出。一个典型的任务结构如程序清单所示。仟务不允许以任何方式从实现函数中返回一一它们绝不能有条语句,也不能执行到函数末尾。如果一个任务不再需要,可以显式地将其删除。这也在程序清单展现个任务函数可以用来创建若干个任务—创建出的任务均是独立的执行实例,拥有属于自己的栈空间,以及属于自己的自动变量栈变量,即任务函数本身定义的变量v。 d ATaskFunction(v。1d* pArameters)/*可以像普通函数一样定义变量。用这个函数创延的每个任务实例都有一个属于自己的 vAria1b1 eExamp1e变量。但如果 varial1e3 xample被定义为 static,这一点则不成立-这种情况下只存在一个变量,所有的任务实例将会共享这个变量。int ivariableExample =0;/*仨务通常实现在一个死循环中。*/for(ii)/*完成任务功能的代码将放在这里。*//*如果任务的具体实现会跳出上面的死循环,则此任务必须在函数运行完之前朋除。传入NUL参数表示删除的是当前任务*vTaskDelete( NULL程序清单典型的任务函数结构Designed For Micr。 contr。11exs;顶层任务状态应用程序可以包含多个任务。如果运行应用程序的微控制器只有一个核那么在任意给定时间,实际上只会有一个仼务被执行。这就意味着一个任务可以有一个或两个状态,即运行状态和非运行状态。我们先考虑这种最简单的模型——但请牢记这其实是过于简单,我们硝后将会看到非运行状态实际上又可划分为若千个子状态。当某个任务处于运行态时,处理器就正在执行它的代码。当一个任务处于非运行态时,该任务进行休眠,它的所有状态都被妥善保存,以便在下一次调试器决定让它进入运行态时可以恢复执行。当任务恢复执行时,其将精确地从离开运行态时正准备执行的那一条指令开始执行。A tasks that areOnly one tasknot currentcan be in theRunning are in theRunning state atNot Running Stateany one timeNot RunningRunning图顶层任务状态及状态转移任务从非运行态转移到运行态被称为切换入或切入或交换入相反,任务从运行态转移到非运行态被称为切换出或切出或交换出的调度器是能让任务切入切出的唯一实体。Designed For Micr。 contr。11exs;创建任务函数创建仟务使用的函数这可能是所有数中最复杂的函数,但不幸的是这也是我们第一个遇到的函数。但我们必须首先掌控任务因为它们是多任务系统中最基本的组件。本书中的所有示例程序都会用到,所以会有人量的例子可以参考。附录:描述川到的数据类型和命名约定。portBASE TYPE xTaskCreate( paTASK CODE pvTaskCodeconst signed port CHAR conist pcNameunsigned portSHORT usstackDepthunsigned portEASE TYPE uxPriorityxTaskHandle *pxCreatedTask程序清单函数原型表参数与返回值参数名描述任务只是永不退出的函数,实现常通常是个死循环。参数只一个指向任务的实现函数的指针效果上仅仅是函数名具有描述性的任务名。这个参数不会被使用。其只是单纯地用于辅助调试。识别一个具有可读性的名字总是比通过句柄来识别容易得多。应用程序可以通讨定义常量来定义任务名的最大长度—一包括结朿符。如果传入的字符串长度超过了这个最大值,字符串将会自动被截断。Designed For Micr。 contr。11exs;当任务创建时,内核会分为每个任务分配属于任务自己的唯一状态。值用于告诉内核为它分配多人的栈空间。这个值指定的是栈空间可以保存多少个字,而不是多少个字节比如说,如果是位宽的栈空间,传入的值为则将会分配字节的栈空间。栈深度乘以栈宽度的绩果万不能超过~个类型变量所能表达的最人值。应川程序通过定义常量来决定空闲任条任用的栈空间大小。在为微控制器架构提供的应用程序中,赋予此常量的值是对所有任务的最小建议值如果你的任务会使用大量栈空间,那么你应当赋予一个更大的值。没有任何简单的方法可以决定一个任务到底需要多大的栈空间。计算出来虽然是可能的,但人多数用户会先简单地赋予一个自认为合理的值,然后利用提供的特性来确证分配的空间既不欠缺也不浪费。第六章包括了一些信息,可以知道如何去查询任务使用了多少栈空问。仟务函数接受一个指向的指钅的值即是传递到任务中的值。这篇文档中的一些范例程序将会示范这个参数可以如何使用指定任务执行的优先级。优先级的取值范围可以从最低优先级到最高优先级是一个由用户定义的常量。优生级号并没有上限除了受限于采用的数据类型和系统的有效内存空间,但最妊使用实际需要的最小数值以避免内在浪费。如果的值超过了,将会导致实际赋给任务的优先级被自动封顶到最大合法值。Designed For Micr。 contr。11exs;用于传出任务的句柄。这个句枢将在调川中对该创建出来的任务进行引用,比如改变任务优先级,或者删除仟务。如果应用程序中不会用到这个任务的包柄,则川以被设为返回值有两个可能的返回值:表明任务创建成功。由于内存堆空间不足,无法分配足够的空间来保存任务结构数据和任务栈,因此无法创建任务。第五章将提供更多有关内存管理方面的信息。例创建任务附录:包含一些关于示例程序生成工具的信息。本例演示了创建并启动两个任务的必要步骤。这两个任务只是周期性地打印输出守符串,采用原始的空循环方式来产生周期延迟。两者在创建时指定了相同的优先级,并且在实现上除输出的字符串外完全一样—程序清单4和程序清单5是这两个仟务对应的实现代码。Designed For Micr。 contr。11ers;
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数字万用表的设计
一个很不错数字万用表设计，内有详细的电路设计及介绍。流电阻或其他电参量的仪表,其功能可以任意组合并以十进制数字显示被测量结果,应用十分广泛,在传统的电工和电子测量中广泛使用的模拟测量仪虽然具有观察着可以自接看出表针偏转了多个格或满刻度的白分之儿等优点,但要对读数加以换算或说明尤其是不可避免的带来人为视差,不同的观察者可得出不同的结果,数字万用表则不同,他可以直接将测量结果用数字显示出来。数字万用表具有10大特点显示清晰直观,读数准确:为了提高观察的清晰度,新型手持式数字万用表(HDMM)已普遍用字高为26mm(约Lin)的大屏幕LCD(液晶显示器)。有些数字万用表还增加∫背光源,以便于夜间观察读数。为∫提高显示亮度,台式数字万用表大多选用LED数码管或数码管(VFD)。新型数字万用表还增加了标识符显示功能,包括测量项目符号(例如AC、DC、hFF、IOΩ2、IO(iIC、MFM),单位符号(例如mV、V、kV、μA、mA、A、g、k2、M2、nS、H、k、MHz、pF、n、、℃、),特殊符号(如低电压指示符号OBAT”、读数倮持符号“HOID¨或“DH、峰值保持符号“ PEAK HOLD或PH、自动量程符号AUIO、10倍乘符号“*10”、峰鸣器符号等)。有些数字万用表还在液晶显示器的小数点下面设置了量程标识符,例如当小数点下边显示200时,就表明所对应的量程为200,依次类推。为解决数字万用表不能反映被测电压的连续变化过程以及变化趋势这一难题,一种“数字模拟条图仪表也以问世。这里讲的模拟条图有双重含义:第一,被测量为连续变化的模拟量:第二,利用条图形来模拟被测量的大小及变化趋势。这类仪表将数字显示与高分辩率模拟条图显示集于一身,兼有数字万用表与指针万用表之优点,为用效字万用表完仝取代指针万用表创造了条件。智能数字万用表带微处理器与标准接口,可配计算机和打印机进行数据处理或自动打印,构成完整的测试系统。显示位数:字万用表的显示位数通常为312位~812位。具体讲,有31/2位、323位、334位、412位、43/4位、51/2位、612位、71/2位、812位供9种。判定数字万用表的位教有内条原则:第一,能显示从09所有数字的位是整数值;第二,分数位的数值是以最大显示值中最高位的数字为分子,用满量程时最高位的薮字作分母。例如某数字万用表的最大显示值为±1999,满量程计数值为200,这表明该仪表有3个整数位,而分数值的分子为1,分母是2,故称之为31/2位,读作三位半,其最高位只能显示0或1。需要指出的是,目前冇些新型能数字万用表的显示位数比较特殊。例如,VC8145型台式智能数字万用表的满量程值为33000,Ms8050型台式智能数字万用表的满量程值为53000,就很难将其归入哪一种显示位数。这中情况下,通常只给出满量程值。312位数字万用表设计准确度高:确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程度,也反映了测量误差的大小,真确度愈高,测量误差愈小。测量的绝对误差有以下三种表达式:△U士(a%RDG+b%KS)1-1)AU=士(a%RDG+(1-2)△U=士(a%RDG+b%S+n)式(1-1)中,RDG为读书值(即显示值),FS表示满量程值。拈号中第1项代表AD转换器和功能转换器(例如分压器)的综合误差,第2项是数字化处理所带来的误差。式(1-2)中,n是量化误差反映在末位数字上的变化量。若把n个字的误差折合成满量程的百分数,则变成式(1-1)。因此,上述二式是完全等价的。式(1-3)比较特殊,第三项通常表示由指针万用表,例如312位、412位数字万用表的准确度分别可达±0.3%、±0.05%1.14分辨力高数字万用表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值,称作仪表的分辨力,它反映了仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。例如312位、412位、81/2位数字万用表的最高分辨力分别为100μV、10μVlnV。数字万用表的分辨力指标亦可用分辨率来袤示。分辨是指所能显示的最小数字(零除外)与最大数字的百分比。例如,31/2位数字万用表的分辨率为1/19990.05%。测试功能强:字万月表不仅可以测量官流电压(DCⅴ)、交流电压(ACV)、直流电流(DCA)、交流电流(ACA、电阻(g)、二极管正向压降(UF)、晶体管共发射极电流放大系数(hF),还能测量电容(C)、电导(G)、温度(T)和频率(f),而且利用峰鸣器挡(BZ)还可检查线路的通断。VC9850A+、VC9808、MS820H型数字万用表增加了电感挡。有的仪表还有信号发生器挡及AC/DC自动转换功能。新型数字万用表大多增加了下述测试功能:读书保持(HOLD)、逻辑( LOGIO)测试、真有效值(TRMS)测量、相对值(REL〕测量、自动关机( AUTO OFF POWER)、当电流挡拔错位置时的声音告警等。国产VC90型数字万用表具有语音报数功能。MS8209型五合一数字万用表,还可以测量站空比(测量范围是0.1%~999%,误差为±3.0%)、温度(测量范围是-20~400℃C或-20~-1000℃,误差为±3.0%)、相对湿度(测量范围是30%-95%,误差为±5.0%)、照度(测量范围是4000~40000x,误差为±5.0%)及噪卢(测量范围是35~10UB)。VC9808A+增加了2000M超高阻挡,VC8145A还能测量功率电平。最新丌发的33/4位~412位智能数字万用表,将高性能与低成本集于一身,大多具有下述功能:液晶条图显示( LCD Baryaph),多重显示,测量最小偵/最大值,峰值保持:数据储存,复位,数据输出,设定测量范围的上、下限,软件自动校准,快速测量等。国产MS9803R型智能数字万用表采用光电隔离的RS232C接口,还配有 PC Windows视窗软件,能在PC上记录数据及输出图表。利用MS9803R所提供的 DMM VIEW Version2软件,将MS9803R拔至直流200m挡,并通过RS-232C接口连到PC上,实测某一缓慢变化的直流电压。测量范围宽:41/2位手持式多功能数字万用表为例,其测量范围一般为:DCV(001mV~1000V),ACV(0.01mV~700V或750V),DCA(0.1A~20A), ACA DCA(1A~20A),g2(0.0192-20Mg,少数仪表可达200M92,甚至扩展到2000192),电导(0.1nS~100nS),电容(0.1pF~20pF),电感(1H~20H),频率(10Hz-20kHz,部分仪表可达200kHz,甚至扩展到10MHz),二极管正向压降UF(0~2V),晶休管电流放大系数Hf(0-1000),可满足常规电了测量的需要。智能数字万用表的测量范围更宽。测量速率快:字万用表在每秒钟内对被测电压的测量速率,单位是“次/秒”。它主要取决于AD转换器的转换速率。有的手持式数字万用表用测量周期来表示测量的快慢。完成次测量过程所需要的时间叫测量周期。显见,测量速率愈高,测量周期就愈短,二者呈倒数关系。312位数字万用表的测量速率一般为2~5次秒,多数仪表为2~3次秒。41/2位数字万用表可达20次/秒。5/2位~71/2位数字万用表一般为几十次/秒以上,有的能达到几百甚至上千次秒。H3458A型81/2位DMM工作在41/2位方式下的最高测量速率可达10万次秒,在81/2位、51/2位方式下分别为6次秒、5万次秒。测量速率与准确度指标存在矛盾,通常是准确度愈高,测量速率愈低,二者难以兼顾。解这一矛盾有两种方法:一种是增设快速测量挡,专配测量速率交快的AD转挨器;另一种方法是通过降低显示位数来大幅度提高测量速率,此法目前应用的比较普遍,可满足不同用户对测量速率的需要时。输入阻抗髙:字万用表电压挡具有很高的输入阻抗,通常为10-10000MQ,从被测量电路上吸取的电流极小,不会影响被测信号源的工作状态,能减小由信号源内阻引起的测量误差。集成度高,微功耗:持式数字万用表采用单片AD转换器,外围电路比较简单,只要少量铺助芯片和外围元件。近年来各种单片数宇万用表专用芯片竟相问世,使用片IC即可构成功能比较完善的自动量程式数字万用表,为简化设计和降低成本创造了有利条件。新型数字万用表普遍釆用CMOS大规模集成电路的AD转换器,整机功耗很低。31/2312位数字万用表设计位、41门2位手持式数字万用表的整机功耗仅几十亳瓦,可用9V叠层电池供电。51/2位~812位数字万用表的总功耗一般也只有十至几十瓦。侏护功能完善,抗干扰功能强:字万用表具有比较完善的保护电路,过载能力强,新型数字万用表还增加了高压保护器件,能防止浪用电压。使用时只要不超过规定的极限指标,即使出现误操作(例如用电阻挡去测量220V交流电压),一般也不会损坏仪表内部的大规模集成电路。当然应力求避免误操作,以免因外围元件〔如熔丝管、量程开关)损坏而影响正常使用。必须指出,仼何保护电路都不可能做到万无一失。换言之,倘若保护保护电路发生故障,仪表就失去的保护屏障。51/2位以下的数字万月表大多采用积分式AD转换器,其串模抑制比(SMR)共模抑制比(CMR)分别可达100dB、80~120dB。高档数字万用表还采用数字滤波、浮地、双重屏蔽等先进技术,进一步提高了抗干扰能力,CMR可达180dB数字万用表应用于国防、科研、工厂、学校、计量测试等技术领域,并随着技术的发展,其性能不断提高。13论文设计的主要工作本次设计通过相关资料的收集及对数字万用表工作原理分析列出总体思路,采用ICL7106型多功能低功耗单片31/2位AD转换器,选择双积分AD转换方式,设计出交流电压测量电路、直流电流测量电路、电阻测量电路、电导测量电路、频窣测量电路、电容测量电路等。研究其每个参量的测量方法及功能实现。它主要的核心是通过AD转换来实现的,通过对测量电路的原理分析设计,实现交直流电压、直流电流、电阻、电容、晶体管等测量。此次设计的31/2位教字万用表显示清晰直观、读数准确,分辨力高、测试能力强、微功耗、外围电路简单、价格便宜、成本低等优点。2312位数字万用表的结构设计2.131/2位数字万用表基本构成数字万用表的基本构成如图2-1所示。仪表的心脏是单片AD转换器,典型产品有ICL7106、ICL7136型31/位单片A①转换器。外围电路主要包括功能转换器、测量项目及量程选择开关、LCD(或LED显示器)。此外还有蜂鸣器震荡电路、驱动电路、检测线路通断电路、低电压指示电路、小数点标识符、驱动电路。LU转换器LCD(LED)功能ACDC量程选择AD转换器数字电路诜择转换器Q/U转换器www.dola.com图2-1数字万用表基本构成Fig 2-1 The basic component of ordinary digital multimeter2,2功能转换器的介绍及基本工作原理尽管数字万用表的型号繁多,整机电路也各有差异,但其基本测量原理大致相同。下面介绍数字万用表最常用的几种功能转换器的电路工作原理,对于本次数字万用表设计原理与应用具有重要的意义22.1线性ACDC转换器数字万用表的交流/直流(ACDC)转换器分平均值响应的AC/DC转换器、真有效值/直流( TRMS/DO)转换器两种平均值响应的线性ACDC转换器是由运算放大器和二极管组成的半波(或全波)线312位数字万用表设计性整流电路。它具有线性好、准确度髙、电路简单、成本低廉等优点。由于它是按照正弦波平均值与有效值的关系而定的,因此所构成的仪表只适用于测量不失真的止弦波电压线性全波整流式ACDC转换器的电路图如22所。交流电压满量程为200mV(有效值)现利用单运放TI61(IC1)与二极管T、D2组成平均值响应的线性整流电路,能消除二极管在小信号整流时所引起的非线性电压,使输出的平均值电压U与ACDC转换器的输入电压UN(有效值)呈线行关系,适合测量40~400Hz的正弦波,测量准确度优于1%。当频率超过400H时,测量误差会增大。电路中的R是T061同相输入端电阻。R2与R3为负反馈电阻,可将IC接成同相放大器。C1、C2为隔直电容TH(UM=20m)10OkC1L, NL01 47uU o R7 1MIN+160.02217106UD2 ILCD. 8K00k3K32RPCOM1D3R6200187K图22 AC/DC转换器的电路comFig 2-2 The circuit of the AC/DC Converters需要指出,该电路属于输出不对称式线性全波整流电路,在正、负半周时的等效电路及整沆输出波形如图23所示。正半周时电压放大倍数K>222(半波整流时正弦波的有效值与平均值的关系为UR=2.22U0);负半周时Kr=1,它相当于电压跟随器。具体讲,在正半周时v1导通,D2截止,IC1输出电流的途径是C1→VD1→R4→R6一RP→COM(地),并终过R3对C3充电。此时式中R电位器RP的电阻值。将R4=3k2,、R6=1,87k2、R2p=0~2002代入上试得到K=2.6~245>2.22。负半周时,VD2导通,V1截止,电流途径变成COM→RP→R6→D2→C1→C1,此时K=1。由R和IClRI[C1o UoR4VD?图2-3等效电路及输出波形Fig 2-3 Equivalent circuit and the output waveformC组成的平滑滤波器可滤除交流纹波,高频千扰信号则被由R、C构成的高频滤波器所滤掉,从而获得了稳定的平均值电压,再通过312位单片AD转换器IC2(ICL7106)完成数/模转换,驱动LCD显示出测试结果。图2-2中的阴影区表示连接AD转换器与LCD的导电橡胶条。该电路能消除整流管的非线性误差。RP是校准交流电压的电位器,调整RP可使仪表直接显示出被测电压的有效值。C是运放IC的频率补偿电容。R2和C4还向VD2提供偏压,以减小TL061对小信号放大时的波形失真。TL061的电源亦可取自9V电源。上述ACDC转换器适配各种31/2~412位单片AD转换器,并可将LCD改成LED显示器。设计交流电压挡(ACV)时,还应在ACDC转换器的输入端接上如图22中所示的精密电阻分压器R1~R222简易平均值AC①C转换器简易平均值ACDC转换器的电路图2-4所示。由于该电路末使用运算放大器及电位器,因此电路简单,不需要调整。两个ACV挡分别为200V、750V(RMS)。VD为整流管,VD2为保护二极管。R1为输入端电阻,仪表输入阻抗∠≈R=R1+R2+R32=4.51M。C1为隔育电容。正半周时四导通,VD2截止,做半波整流;负半周时T1截止,四D2导通,由VD2给电流提供泻放回路。整流后的脉动直流经C2滤波,获得平均值电压Uo。R2和R3为滤波器312位数字万用表设计负载,兼作750V拦的分压器,可将U再衰减10倍。ACⅤ挡的测量准确度可达±1.2%~士15%,误差略高于线性整流电路。D和V2应采用N4004型1A400ⅴ的硅整流管,以便承受较高的反向电压。对半波整流而言,正弦波电压平均值与有效值的关系为U=045Uw。巧妙地利用电阻分压器可使仪表直接显示被测电压有效值。不难验证,对于200V挡,若UN=2000V(RMS),则Jl=0.45U/m=0.45×200.0V=90V10×103=0R2+R3=90My200. 0mvR1+R2+R24.51×10°1 CI VDI200VIN+4.5M0.1μR27106750VU.F200mACvLCDVD2本Tc2IN4004Ou hR30.022COMO1KCOM图24简易平均值ACDC转换器电路Fig, 2-4 The circuit of simple average of ac/ dc converterarm对于750V挡,若U,=750V(RMS),则R1×10U=0.45U,m337,5mⅤ=75.0mVR,+rtr4.5×10只要改变小数电位置,即可使750V挡直接显示出U值。具体方法是去掉小数点后仍用200mV基本表测量U,并将显示单位取V,这样就把75.0mV变换成750V。223IU转换器数字万用表的直流电流挡(DCA)一殷设置4挡:2nA、20mA、200mA、20A,IU转换器的电路图2-5所示。其中20A挡专用个输入插孔。被测电流经过分流器可转换成电压信号。分流器由R~R组成,总电阻为100g2。其中,R1和R2采用精密金属膜电阻,R3
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