毕业论文-基于UCOS-II+UC/GUI的实时数据一阶滤波算法资源-CSDN文库

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哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）

摘要

随着微型处理器能力的提高和应用程序功能的复杂化、精确化，迫使应用

程序划分为多个重要性不同的任务，在各任务间优化地分配CPU时间和系统资

源，同时还要保证实时性和可靠性。选用高性能的实时操作系统 (Real Time

Operating System,简称RTOS)内核大大缩短了产品的开发周期，提高了生产效

率，有良好的发展前景。在此背景下，本文针对新兴的ARM-Cortex-M3开发

板进行了UC/OS-II+UC/GUI的移植，并在建立好的系统上进行AD数据的采集

并对采集好的数据进行了实时的一阶滤波处理，减小误差和干扰噪声。

本系统的创新之处在于，借助UC/OS-II良好的实时性和UC/GUI在液晶屏

上良好的屏显效果，形象生动的将数据的实时采集、转换和处理过程显现出来

本文首先对嵌入式系统和嵌入式实时操作系统的发展进行了介绍，并详细

介绍了本设计所用的嵌入式实时操作系统UC/OS-II以及在基于ARM Cortex-

M3系列最高配置微处理器STM32F103ZE上的移植过程，该操作系统是实现嵌

入式UC/GUI以及AD数据实时采集处理的基础。然后详细介绍了本设计所用的

UC/GUI嵌入式用户图形界面开发系统的特点及其在UC/OS-II的基础上的移植

过程。最后本文详细介绍了设计中所进行的AD数据的实时采集过程以及对数

据进行一阶滤波算法处理的过程。比照了采取滤波算法和不使用滤波算法时的

效果差异并提出了一阶滤波算法的改进方案。

关键词　UC/OS-II；UC/GUI；数据采集；一阶滤波

- I -

哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）

Abstract

W i t h t h e i m p r o v e m e n t o f M i c r o p r o c e s s o r a n d t h e a c c u r a c y o f

a p p l i c a t i o n， i t’s n e c e s s a r y t o d i v i d e p r o g r a m i n t o m a n y i m p o r t a n t t a s k

r e s p e c t i v e l y . I t d i s t r i b u t e s C P U t i m e a n d s y s t e m r e s o u r c e i n e a c h t a s k

efficiently, at the same time, we must realize real-time functionality and reliability

o f s y s t e m . I t’s i m p o r t a n t t o c h o o s e h i g h - p o w e r e d R e a l Ti m e O p e r a r t i o n S y s t e m

( R T O S ) K e r n e l w h i c h s h o r t e n s t h e e m p o l d e r p e r i o d o f p r o d u c t a n d e n h a n c e s

p r o d u c t i v e e ff i c i e n c y. Unde r t h i s b a c k g r o u n d , w e t r a n s p l a n t U C / O S - I I + U C / G U I

s y s t e m t o t h e n e w d e v e l o p m e n t b o a r d A R M - C o r t e x - M 3 , t r y t o d o A D d a t a

a c q u i s i t i o n i n t h e e s t a b l i s h e d s y s t e m , a n d t r y t o d o s o m e r e a l - t i m e f i r s t - o r d e r

fltering on these datas.

The innovation of this system is: with the real-time effect of US/OS-II system

a n d t h e won d e r f u l d i s p l a y e f f e c t o f t o u c h s c r e e n , t h e p r o c e s s o f r e a l - d a t a

acquisition and conversion is vividly revealed.

T h e f i r s t p a r t o f t h e t h e s i s d e s c r i b e s t h e g e n e r a l d e v e l o p m e n t E m b e d d e d

System and RTOS. In the following, the transplant of UC/OS-II on ARM-Cortex-

M 3 i s d e s c r i b e d i n d e t a i l . T h i s m e n t i o n e d O S i s t h e b a s e o f U C/G U I s y s t e m

t r a n s p l a n t a n d r e a d - d a t a a c q u i s i t i o n a n d c o n v e r s i o n . T h e n w e i n t r o d u c e s t h e

d i s t i n g u i s h i n g f e a t u r e o f U C/G U I s y s t e m w h i c h i s u s e d i n t h i s d e s i g n a n d t h e

p r o c e s s o f t r a n s p l a n t i n g . A t l a s t , t h e d e t a i l p r o c e s s o f A D d a t a a c q u i s i t i o n a n d

c o n v e r s i o n i s i n t r o d u c e d . A n d t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n d a t as u s e t h e f i l t e r i n g

a lgo r it h m an d da t a s n o t u s e f i lte r in g a lg o rit h m is sho w n . A ls o th e impr o vem e n t

program about first-order filter is given.

Key words　UC/OS-II UC/GUI data acquisition first-order filter

- II -

哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）
目  录
 摘 要.....................................................................................................................I
 Abstract...............................................................................................................II
第1章  绪论..........................................................................................................1
1 课题背景.......................................................................................................1
2 课题来源、目的和意义................................................................................2
3 主要研究内容...............................................................................................2
4 本文结构.......................................................................................................3
第2章  UC/OS-II关键过程分析...........................................................................4
1 UC/OS-II启动过程分析................................................................................4
1.1ARM基本硬件启动的分析.......................................................................4
1.2任务堆栈的初始化分析............................................................................5
1.3启动UC/OS-II的服务函数的分析.............................................................6
2 UC/OS-II的任务切换服务函数分析............................................................8
2.1任务级的任务切换服务函数分析.............................................................8
2.2中断级的任务切换服务函数过程分析...................................................10
3 ARM-Cortex-M3体系结构下的异常模式分析...........................................11
4 本章小结.....................................................................................................12
第3章  基于STM32F103ZE的UC/OS-II 的移植................................................14
1 移植的可行性分析.....................................................................................14
2 移植的具体过程.........................................................................................15
2.1 改写INCLUDES.H.................................................................................16
2.2 改写OS_CPU.H......................................................................................16
2.3 改写OS_CPU_A.ASM............................................................................17
2.4 OS_CPU_C.C..........................................................................................21
3 本章小结.....................................................................................................22
第4章  UC/GUI的简介和移植过程的分析........................................................24
1 UC/GUI简介................................................................................................24
1.1 通用嵌入式图形模块UC/GUI................................................................24
1.2 UC/GUI特点...........................................................................................24
1.3 UC/GUI接口...........................................................................................24
- III -

哈尔滨工业大学（威海）本科毕业设计（论文）
2 UC/GUI移植过程分析................................................................................26
2.2 UC/GUI与操作系统的接口相关部分的修改........................................26
2.3 UC/GUI与输入输出设备驱动接口模块设计........................................27
2.4 UC/GUI配置文件参数的修改................................................................28
3 UC/OS-II+UC/GUI系统综合测试..............................................................28
4 本章小结.....................................................................................................29
第5章  带滤波处理的采集程序的设计.............................................................30
5 ADC电位器驱动.........................................................................................30
6 一阶滤波数据处理.....................................................................................31
6.2 一阶滤波算法的原理.............................................................................31
6.3  一阶滤波算法的流程............................................................................32
6.4 一阶滤波算法的效果.............................................................................32
6.5  一阶滤波算法的改进............................................................................34
7 实时数据采集、一阶滤波处理的实现效果...............................................36
8 本章小结.....................................................................................................37
 结 论..................................................................................................................38
 致 谢..................................................................................................................39
 参考文献...........................................................................................................40
- IV -