张鹏任务书和开题报告.docx
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张鹏任务书和开题报告
一、毕业论文任务下达书
毕业论文题目
基于μC/OS-II的差动变压器综合实验设计
题目类型
工程设计
题目来源
生产实际题
毕业论文时间
2010年11月至2011年5月
一、选题的目的及意义
差动变压器是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压装置,用于测量位移、电压、压力、振动等非电量参量,它既可用于静态测量,也可用于动态测量。
差动变压器具有较强的抗干扰能力,可在潮湿,大电流或强磁场等恶劣环境下工作,适宜遥测。
针对现今实验室的差动变压器各种优越性能没有得到充分发挥,为了使差动变压器的各种性能得到充分发挥和拓展,把之前仅仅对差动变压器的输出电压的大小与铁芯位移之间基本成线性关系的研究进行功能的扩展,使差动变压器的性能优势得到充分发挥。
改造之后的实验仪器的价值得到了充分发挥,使学生的实验项目增多,从而能够更好地锻炼学生的动手实践能力。
本设计能解决做差动变压器实验时不可避免的人为读数误差问题,将以前实验时读取模拟信号数据换成直接从显示器上直观地读取数据,大大减少目测误差及测量仪器带来的误差。
μC/OS-II是源代码公开的实时嵌入式操作系统,由于其源代码开放、内核小、实时性好的突出优点,能够被移植各种微处理器/微控制器上,基于μC/OS的产品包括从自动控制到手持设备等各个应用领域。
μC/OS-II是μC/OS的升级版本,也是目前被广泛使用的版本。
同时测量几个物理量时,以多个任务的形式在μC/OS-II上运行程序,优化CPU的存储单元,避免采用传统的编程方式时发生不可预料的错误和传统的程序顺序执行时实时性不强的问题。
二、毕业论文的主要内容
本论文的设计任务是设计一个以差动变压器为前端传感器的转速、电压、位移等物理量测量系统。
其具体要求如下:
将μC/OS-II移植到51单片机,使单片机在多任务之间转换和调度,同时测量转速、电压、位移物理量,对每个单独的任务都根据任务的实际情况分配适当的存储器和栈空间,从而达到优化CPU,节省CPU资源的目的。
单片机执行的多任务分别是:
任务1:
差动变压器驱动的直流电机转速的测量
任务2:
差动变压器驱动直流电机的电压测量,将电压值直接在显示器上显示
任务3:
差动变压器驱动直流电机时,衔铁微小位移量的测量
1、硬件电路设计
主要是针对单片机外围电路的设计,其中包括电机驱动模块、光电转换模块、模数转换模块及显示部分等。
2、软件程序设计
按差动变压器需要实现的各个功能编写不同功能的子程序,再将μC/OS-II进行裁剪以及主程序的编写、修改后移植到51系列单片机,使单片机以多任务的形式运行程序。
这样就可以在操作系统上运行稳定可靠、实时性强的差动变压器应用程序。
3、程序仿真调试
将程序在proteus仿真环境下进行仿真调试,通过不断的修改使程序优化。
使程序在单片机上运行时可以节约CPU资源,稳定可靠,实时性强。
4、撰写论文
整理设计文档资料,总结实验结果,与指导老师一起探讨,拟写论文。
三、毕业论文的要求(包括技术要求、工作要求)
首先,论文在理论分析过程中要具有严谨性和科学性;其次,论文在对于想研究和有兴趣的学者具有重要的指导意义;论文要有创新点;工作要求要严谨,认真负责,具备做学术研究的基本素质。
题目类型:
理论研究、工程设计、实验研究、软件开发、艺术设计等
题目来源:
教师科研课题、生产实际题、社会现实题、假想题等
四、主要参考资料
[1]张毅剛.单片机原理及应用.高等教育出版社,2010.
[2]张毅剛.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2001.
[3]JeanJ.Labrosse.嵌入式实时操作系统μC/OS-II(第2版).邵贝贝等译.北京:
北京航空航天大学出版社,2003.
[4]JeanJ.Labrosse.μC/OS-II——源码公开的实时嵌入式操作系统.邵贝贝译.北京:
中国电力出版社,2001.
[5]王田苗等.嵌入式系统设计与实例开发——基于ARM微处理器与μC/OS-II实时操作系统(第3版).北京:
清华大学出版社,2008.
[6]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真.电子工业出版社,2009.
[7]侯玉宝等.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真.北京:
电子工业出版社,2008.
[8]周立功等.ARM微控制器基础与实战(第2版).北京:
北京航空航天大学出版社,2005.8.
[9]任哲编著.嵌入式实时操作系统μC/OS-II原理及应用.北京:
北京航空航天大学出版社,2006.
[10]JeanJ.Labrosse.MicroC/OS-II,TheReal-TimeKernel.Lawrence,Kansas:
R&DPublications,2002.
[11]董余红等.μC/OS-II在51系列单片机上的移植.导弹与航天运载技术.2004,6:
36-42.
[12]李小文等.μC/OS-II在MCS-51系列中的应用.微计算机应用.2003,9:
274-277.
[13]赵建华等.μC/OS-II内核在80C51系列单片机上的移植.计算机工程与设计.2007,5:
2096-2099.
[14]秦邵华等μC/OS-II在80C51下的移植.信息技术与信息化.2005年第2期:
39-40,44.
[15]http:
//www.ucos-
五、毕业论文进度安排
阶段
工作内容
起止时间
备注
准备
选题
2010年11月
开题
2010年11月24日—2010年12月20日
实施
论文初稿
2010年12月22日—2011年4月10日
论文第二稿
2011年4月11日—2011年4月25日
定稿
2011年4月26日—2011年5月18日
完成
论文答辩
2011年5月25日
六、任务下达意见
论文选题符合专业培养目标,选题目相对偏难,其研究具有一定的理论意义或实际价值,通过学生的努力,应该能够按时保质保量地完成。
同意下达任务。
指导教师(签名):
年月日
二、毕业论文开题报告书
一、选题的根据:
1)本选题的理论、实际意义
2)综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
差动变压器是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压装置,用于测量位移、电压、压力、振动等非电量参量,它既可用于静态测量,也可用于动态测量。
差动变压器具有较强的抗干扰能力,可在潮湿,大电流或强磁场等恶劣环境下工作,适宜遥测。
针对现今实验室的差动变压器各种优越性能没有得到充分发挥,为了使差动变压器的各种性能得到充分发挥和拓展,把之前仅仅对差动变压器的输出电压的大小与铁芯位移之间基本成线性关系的研究进行功能的扩展,使差动变压器的性能优势得到充分发挥。
改造之后的实验仪器的价值得到了充分发挥,使学生的实验项目增多,从而能够更好地锻炼学生的动手实践能力。
本设计能解决做差动变压器实验时不可避免的人为读数误差问题,将以前实验时读取模拟信号数据换成直接从显示器上直观地读取数据,大大减少目测误差及测量仪器带来的误差。
μC/OS是源代码公开的实时嵌入式操作系统,由于其源代码开放、内核小、实时性好的突出优点,能够被移植各种微处理器/微控制器上,基于μC/OS的产品包括从自动控制到手持设备等各个应用领域。
μC/OS-II是μC/OS的升级版本,也是目前被广泛使用的版本。
同时测量几个物理量时,以多个任务的形式在μC/OS-II上运行程序,优化了CPU的存储单元,避免采用传统的编程方式时发生不可预料的错误和传统的程序顺序执行时实时性不强的问题。
在后PC时代,嵌入式的发展逐渐取代PC成为时代主流,无论从生活领域、工业控制领域、军事领域、航空航天领域都有很好的发展前景。
现在嵌入式实时系统已经在通信网络、自动控制、信息家电、国防等领域得到了越来越广泛的应用,其中嵌入式实时操作系统(RTOS)是整个嵌入式实时系统的核心。
在嵌入式系统设计中选用嵌入式实时操作系统有很多好处,尤其对于源代码开放的嵌入式实时操作系统μC/OS-II而言,其拥有高度的可移植性、可裁剪性,出色的实时性、稳定性。
随着各种应用电子系统的复杂化和系统实时性需求的提高,并伴随应用软件朝着系统化方向发展的加速,在16位/32位单片机中广泛使用了嵌入式实时操作系统。
然而实际使用中却存在着大量8位单片机,从经济性考虑,对某些应用场合,在8位MCU上使用操作系统是可行的。
从学习操作系统角度,μC/OS-IIfor51即简单又全面,学习成本低廉,值得推广。
嵌入式操作系统也由于编程方式比传统方式有着明显的优越性,在越来越多的场合得到广泛的应用。
在中国,单片机具有相当广泛的使用基础,虽然51系列单片机功能相对较低,但是针对某些任务较简单、要求具备较高实时性的场合,研究嵌入式系统的移植还是具有重要的现实意义。
二、研究内容:
本论文的设计任务是设计一个以差动变压器为前端传感器的转速、电压、位移等物理量测量系统。
其具体要求如下:
将μC/OS-II移植到51单片机,使单片机在多任务之间转换和调度,同时测量转速、电压、位移物理量,对每个单独的任务都根据任务的实际情况分配适当的存储器和栈空间,从而达到优化CPU,节省CPU资源的目的。
单片机执行的多任务分别是:
任务1:
差动变压器驱动的直流电机转速的测量
任务2:
差动变压器驱动直流电机的电压测量,将电压值直接在显示器上显示
任务3:
差动变压器驱动直流电机时,衔铁微小位移量的测量
1、硬件电路设计
主要是针对单片机外围电路的设计,其中包括电机驱动模块、光电转换模块、模数转换模块及显示部分等。
2、软件程序设计
按差动变压器需要实现的各个功能编写不同功能的子程序,再将μC/OS-II进行裁剪以及主程序的编写、修改后移植到51系列单片机,使单片机以多任务的形式运行程序。
这样就可以在操作系统上运行稳定可靠、实时性强的差动变压器应用程序。
3、程序仿真调试
将程序在proteus仿真环境下进行仿真调试,通过不断的修改使程序优化。
使程序在单片机上运行时可以节约CPU资源,稳定可靠,实时性强。
4、撰写论文
整理设计文档资料,总结实验结果,与指导老师一起探讨,拟写论文。
三、研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
技术路线
设计的基本思路如下:
首先,通过查阅资料以及学习μC/OS-II操作系统,掌握μC/OS-II内核结构,然后确定本设计的功能模块需求,熟悉硬件电路的各个部分,接下来修改μC/OS-II的部分与硬件相关的程序,用软件仿真和调试,运用KEIL软件编译,并在PROTEUS软件中加载程序以实现电路的仿真,使本设计所要求的功能能够在程序中以多任务形式实现,并不断地优化程序最后得到符合设计要求的能移植的操作系统。
本设计是基于μC/OS-II移植到51系列单片机的设计,将操作系统移植到单片机上,使单片机以多任务形式运行。
可行性分析
在电子技术迅猛发展的当今,随着实用电子系统的复杂化和系统实时性需求的提高,以及应用软件的系统化发展,嵌入式实时操作系统已经广泛地使用在各式各样的以单片机为代表的硬件平台上,从而很大程度的解决了多任务使用环境的需求问题。
在实际的生产生活中,使用着大量以MCS51为代表的8位单片机,虽然性能及存储空间有限,但是从经济方面考虑,对于某些应用场合,在8位MCU上使用操作系统依然是可行的。
我们知道,在嵌人式应用中使用实时操作系统是有系统资源开销的,也就是额外的ROM/RAM开销和CPU负荷。
由于实时操作系统引起的CPU额外负荷一般在5%以下,故不成为使用中的问题,而对于单片机,且工作在单片方式下,则要考虑由于引人操作系统带来的存储器开销。
由于目前单片机中FLASH的容量已经可以做到几十K乃至几百K,而μC/OS-II的ROM开销一般在3K到10K之间,故ROM的开销对于单片类应用也不成为问题。
在单片方式下运行μC/OS或μC/OS-II要考虑的是RAM的开销,由于目前单片机片内静态随机存储器SRAM还不可能做得很大,一般只有几百字节至十几K,μC/OS-II的例子是一个用于学习的例子,可运行的任务是多个任务。
如果嵌人式系统中使用了外扩的RAM和ROM,使用实时操作系统则更加完美。
μC/OS-II是由工程师JeanJ.Labrosse编写的,作为嵌入式实时操作系统的代表,μC/OS-II的优点是源码开发、简单免费、可靠性高、实时性好、裁减灵活,虽然缺乏便利的开发环境,但良好的可裁减性使得开发人员可以自行裁减和添加所需的功能,为特殊的使用场合定制专门的功能,因此在许多应用领域发挥着独特的作用。
所以,研究μC/OS-II在MCS51单片机上的移植使用,具有广泛的实际意义。
通过学习《单片机原理及应用》这门课程,以及单片机开发板实验操作,对51单片机的结构有了较透彻的理解。
本设计的难点在于μC/OS-II的移植以及CPU资源的优化。
针对以上情况,我精读了针对性很强的图书,参考了国内许多优秀的有关μC/OS-II移植的书籍和论文文献资料,搜集了大量μC/OS-II在不同种类单片机上移植的资料。
因此,我相信,根据自己的条件,在付老师的指导下,完成将μC/OS-II移植到51系列单片机是可行的。
四、进度安排和采取的主要措施
2010年11月选题
11月24日—12月20日开题的准备
12月22日—4月10日论文初稿准备
4月11日—4月25日论文第二稿准备
4月26日—5月18日定稿
5月25日论文答辩
五、主要参考文献
[1]张毅剛.单片机原理及应用.高等教育出版社,2010.
[2]张毅剛.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2001.
[3]JeanJ.Labrosse.嵌入式实时操作系统μC/OS-II(第2版).邵贝贝等译.北京:
北京航空航天大学出版社,2003.
[4]JeanJ.Labrosse.μC/OS-II——源码公开的实时嵌入式操作系统.邵贝贝译.北京:
中国电力出版社,2001.
[5]王田苗等.嵌入式系统设计与实例开发——基于ARM微处理器与uC/OS-II实时操作系统(第3版).北京:
清华大学出版社,2008.
[6]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真.电子工业出版社,2009.
[7]侯玉宝等.基于Proteus的51系列单片机设计与仿真.北京:
电子工业出版社,2008.
[8]周立功等.ARM微控制器基础与实战(第2版).北京:
北京航空航天大学出版社,2005.
[9]JeanJ.Labrosse.MicroC/OS-II,TheReal-TimeKernel.Lawrence,Kansas:
R&DPublications,2002.
[10]董余红等.μC/OS-II在51系列单片机上的移植.导弹与航天运载技术.2004,6:
36-42.
[11]李小文等.μC/OS-II在MCS-51系列中的应用.微计算机应用.2003,9:
274-277.
[12]赵建华等.μC/OS-II内核在80C51系列单片机上的移植.计算机工程与设计.2007,5:
2096-2099.
[13]秦邵华等.μC/OS-II在80C51下的移植.信息技术与信息化.2005年第2期:
39-40,44.
[14]http:
//www.ucos-
六、毕业论文开题指导意见:
(对选题的评价、研究方案的设计及开题指导意见)
论文题目
基于μC/OS-II的差动变压器综合实验设计
作者姓名
张鹏
所属系、专业、年级
物理系电科专业2007级
开题时间
2010年12月20日
预计字数
8000
指导教师意见:
本选题是针对当前嵌入式实时操作系统在不同种类的单片机上移植成功的实例基础上,创新性地将μC/OS-II移植到51系列单片机,然后列出了设计的初步框架,并进行了可行性分析。
张鹏同学结合本选题进行了相关文献资料的检索和查询,特别注意查阅了外文资料;其查阅了十多篇相关文献,收集了与课题有关的技术前沿资料;了解了国内外有关的先进技术及发展趋势,具有一定的理论和实际意义。
其研究内容具体,文章逻辑结构完整严密。
论文撰写时间进程安排合理,同意开题。
指导教师:
年月日
指导小组意见:
同意指导老师意见
负责人签名:
年月日
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