基于Qt_E的A_D数据采集系统的设计.pdf

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1、第z 7 卷第4 期20 08 年12 月大连工业大学学报J o u r n a lo f D a l i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t yV o I 2 7N o 4D e c 20 0 8文章编号：1 6 7 4-1 4 0 4(2 0 0 8)0 4 0 3 7 4 0 3基于Q t E 的A D 数据采集系统的设计张冬，丁金华(大连工业大学机械工程与自动化学院，辽宁大连1 1 6 0 3 4)摘要：阐述了设计L i n u x 操作系统驱动的一般方法和步骤，并开发了嵌入式L i n u x 操作系统的A D 驱动程序。成功移植了Q

2、t E 应用程序并将A D 数据曲线显示在L C D 触摸屏上。实验结果表明。该系统正确地实现了A D 数据采集与存储功能，并可以在较高的精度上进行较复杂算术运算。提高了工业场合的数据转换精度。关键词：A D 驱动 A D 数据采集；L i n u x；Q t E中图分类号：T P 2 7 3 5文献标志码：AD e s i g no fA Dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do nQ t E m b e d d e dZ H A N GD o n g，D I N GJ i n-h u a(S c h o o lo fM e c h

3、 a n i c a lE n g i n e e r i n g&A u t o m a t i o n D a l i a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y。D a l i a n1 1 6 0 3 4。C h i n a)A b s t r a c t：T h eg e n e r a lm e t h o da n ds t e pt od e s i g nL i n u xo p e r a t i n gs y s t e md r i v e rw a si n t r o d u c e da n dt h eA Dd r i

4、 v e rw a sd e v e l o p e d T h eQ t Ea p p l i c a t i o np r o g r a mw a ss u c c e s s f u l l yt r a n s p l a n t e da n dA Dd a t acurvew a ss h o w e do nt h et o u c hs c r e e n T h es y s t e mc a na c q u i r ea n ds a v et h eA Dd a t ac o r r e c t l ya n dd oc o m p l e xa r i t h m

5、e t i co p e r a t i o n si nh i g hp r e c i s i o n T h ea c c u r a c yo fd a t ac o n v e r s i o ni ni n d u s t r i a lo c c a s i o n sw a sa l s op r o m o t e d K e yw o r d s：A Dd r i v e r；A Dd a t aa c q u i s i t i o n；L i n u x)Q t E m b e d d e dO引言随着信息技术的飞速发展和数字化产品在生产生活中普及，嵌入式设备被广泛应用

6、。智能家电、智能仪器、智能仪表及工业控制，都需要使用A D 转换将模拟信号转换为数字信号进行处理 1 。Q t E 是一个用于嵌入式系统的图形用户界面系统，能够高效、稳定地运行于嵌入式L i n u x系统下，能为用户提供可靠的交互功能口。本文作者将Q t E 嵌入式图形软件应用于A D 数据采集系统中，通过实验证明了A D 数据采集系统的稳定性与可靠性。1 硬件电路设计A R M 目前是世界公认的具有领先地位的3 2位嵌入式R I S C(R e d u c e dI n s t r u c t i o n sS e tC o r n-p u t e r)微处理器，具有体系结构可扩展、功耗低

7、、成本低和支持管理实时多任务等特点。A D 数据采集系统的硬件采用$3 C 2 4 1 0 X为核心的开发板。$3 C 2 4 1 0 X 是以A R M 9 2 0 T 为内核的3 2 位R I S C 微处理器，主频可达2 0 3M H z，内部集成了8 通道的1 0 位模数转换器，最大转换速率为5 0 0k s p s，最大工作频率为2 5M H z，同时也集成了通用的L C D 控制器及触摸屏接口。触摸屏作为一种人机交互接口在嵌入式系统中得到了广泛的应用，可以显示丰富图形和各种字符。2 软件的设计2 1 嵌人式L i n u x 系统A D 驱动的编写L i n u x 操作系统有三种

8、类型的设备进行操作，即：字符型、块设备和网络设备。在嵌入式L i n u x 系统驱动的开发中，编写驱动程序主要是编写“o p e n”，“c l o s e”，“r e a d”，“w r i t e”等操作产生收稿日期：2 0 0 8 0 5 3 0 基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究项目(2 0 0 6 0 1 6 9)作者简介：张冬(1 9 8 4 一)。男。硕士研究生通信作者：丁金华(1 9 6 2 一)。男。教授 万方数据第4 期张冬等：基于Q t E 的A D 数据采集系统的设计3 7 5时的相应函数，这些函数的入口地址被定位在程序中的“f i l e-o p e r a t i

9、 o n s”结构体中，本文驱动程序定义的f i l e o p e r a t i o n s 为s t a t i cs t r u c tf i l e _ o p e r a t i o n ss 3 c 2 4 1 0 一A D-f o p s2 o w n e r=T H I S _ M O D U L E w r i t e=s 3 c 2 4 1 0 _ A D _ w r i t e r e a d=s 3 e 2 41 0 一A D _ r e a d，o p e n s 3 c 2 4 1 0 一A D o p e n，r e l e a s e-s 3 c 2 4 1

10、0 一A D _ r e l e a s e，)，在编写好L i n u x 系统A D 驱动程序和测试程序后，就可以在主机上进行交叉编译。在交叉编译通过后，就可以通过挂载N F S 网络文件系统进行调试，并可以在目标板的映射目录上执行命令i n s m o ds 3 c 2 4 1 0 一A D O，进行动态加载；r m m o ds 3 c 2 4 1 0 一A D 进行动态卸载。将编写好的L i n u x 系统A D 驱动程序动态加载到嵌入式L i n u x 内核中，Q t E 应用程序就可以像操作文件一样操作A D 设备了。有了底层驱动的支持，用户可以根据自己的需要编写相应的A D

11、 转换应用程序，不需要再对$3 c 2 4 1 0 的硬件进行配置。2 2Q t E 应用程序的设计Q t E 是T r o l l t e c h 公司开发的面向嵌入式系统的Q t 版本，开发Q t E 应用程序需要建立两个程序开发环境：一种是针对P C 机上运行使用虚拟缓冲帧q v f b(Q tV i r t u a lF r a m e b u f f e r)的开发环境，在这个开发环境下可以虚拟嵌入式Q t 应用程序的运行，从而缩短Q t E 应用程序的开发周期；另一种开发环境是针对在A R M 开发板上运行的开发环境，这种环境下的应用程序需要特定的交叉编译环境，编译出来的可执行文件

12、只能在A R M 开发板上运行。图l 为Q t E m b e d d e d的实现结构。程序应用(Q t E m b e d d e dA p p l i c a t i o n)图形事件服务类库(Q W S S e r v e rC l a s s)Q t E m b e d d e dF r a m e b u f f e r输入设备驱动L i n u x 内核(L i n u xK e r n e l)硬件平台(H a r d w a r e)图lQ t E m b e d d e d 的实现结构F i g 1S t r u c t u r eo ft h er e a l i z a

13、 t i o no fQ t E m b e d d e dQ tD e s i g n e r(用于设计窗口组建的应用程序)设计器是一个具有可视化用户接口的设计工具，在安装Q t 的b i n 目录下键入界面设计后就保存文件2 4 1 0 一a d u i，该文件是X M L 语言写的一个文本。利用u i c(从X M L 文件生成代码的用户界面编译器L 3 )工具就可以根据2 4 1 0 一a d u i 文件生成2 4 1 0 一a d h 和2 4 1 0 一a d c p p，Q t E 应用程序应包含一个主函数m a i n c p p，是应用程序的入口点。应用程序通常对应一个工程

14、文件2 4 1 0 一a d p r o，用p r o g e n(产生工程项目文件)产生，再用t m a k e(跨平台的M a k e f i l e 生成器)生成M a k e-f i l e。最后运行m a k e 生成应用程序。为了在目标平台上能顺利地运行Q t E 应用程序，并实现预期要求的功能作者先在P C 机上仿真，在Q t E 提供的模拟环境q v f b 的虚拟仿真窗口中进行仿真。在q v f b 中可以对虚拟帧缓冲的宽度和高度等属性进行设置，以达到所要求的理想效果。2 3Q t E 的移植Q t E 移植前首先要准备好所需要的源文件。Q t E m b e d d e d

15、 安装包，提供Q t 库的支持；t m a k e 工具安装包，用于生成和管理M a k e f i l e；e 一2 f s p r o g s 库安装包。提供相应的l i b u u i d 库；q t o p i a安装包，提供应用程序开发包桌面环境；Q t 的X 1 1 版的安装包，提供q v f b 虚拟缓冲帧工具、u i c用户界面编译器和D e s i g n e rQ t 应用程序设计工具等。安装的Q tf o rX 1 1 安装包的版本必须比Q t E m b e d d e d 的版本要旧，因为Q tf o rX 1 1 安装包的两个工具u i c 和d e s i g n

16、 e r 产生的源文件会和Q t E m b e d d e d 的库一起被编译链接，本着“向前兼容”的原则，Q tf o rX 1 l 的版本应比Q t E m-b e d d e d 的版本旧。(1)安装交叉编译工具。需要用A R M 9 的交叉编译器去编译工程，产生A R M 9 微处理器的可执行文件H】。安装此编译器只需要将c r o s s 一3 3 2 解压到u s r l o e a l a r m 文件夹中，之后编辑e t c b a s h r c 文件，在最后增加路径e x p o r tP A T H=u s r l o c a l a r m 3 3 2 b i n：$

17、P A T H，以后编译应用程序均可用a r m-l i n u x 来指定交叉编译器。最好使用c r o s s-3 3 2 及以后的版本，这样才能对Q t E m b e d d e d 有良好支持。(2)交叉编译Q t E m b e d d e d 库。用A R M 9的交叉编译器编译Q t 2 3 7 的源代码，从而产生个以A R M 9 为目标代码的Q t E m b e d d e d 库。编译选项的具体方法可运行c o n f i g u r e-h e l p 命令查看。万方数据3 7 6大连工业大学学报第2 7 卷(3)交叉编译Q t E m b e d d e d 程序。

18、在交叉编译Q T E 应用程序时，要注意将M a k e f i l e 中的C C：g c c 改成C C=a r m l i n u x-g c c，C X X=g+改成C X X=a l m l i n u x-g+，L I N K=g c c 改成L I N K=a r m-l i n u x-g+。(4)下载Q t E m b e d d e d 应用程序到$3 C 2 4 1 0开发板并调试通过。首先把Q t E m b e d d e d 应用程序的二进制代码复制到Q t o p i a b i n 目录下，要为开发的应用程序建立好一个图标文件，建立d e s k t o p 文

19、件，将其保存在q t o p i a a p p s a p p l i c a t i o n s 目录下。然后用m k c r a m f s 等工具制成根文件系统，最后把这个根文件系统写到F l a s h 存储器上。若要使Q t E 的应用程序能够上电自动运行，需要对嵌入式L i n u x 系统上的启动过程进行修改，主要是要修改e t c p r o f i l e 配置文件。3A D 数据采集系统实例将嵌入式A D 数据采集系统的设计用于制袋机系统中，传感器将检测到的卷材张力信号送入张力控制器，经放大变换后，将信号送入$3 C 2 4 1 0 微处理器进行处理，$3 C 2 4 1

20、 0 微处理器根据设定值和检测值作比较运算后，输出控制信号给制动器，控制制动器力矩的改变，进而控制收放卷轴之间的卷材张力保持恒定，形成闭环的张力控制系统 5 。本设计给出了A D 数据的采集、存储的方法。经过A D 采集，将采集到的数据以文本方式存储到嵌入式开发板上的S D R A M 中，可以通过O t E 图形界面来观察A D 采集图像如图2 所示。本设计采样频率为2M H z，A D 采样数据在一1 2 5+1 2 5V，实现A D 数据采集的流程如图3 所示。t，s图2A D 采集到的正弦波曲线F i g 2A Dc o l l e c t i o no ft h es i n ec

21、u r v e图3A D 数据采集系统的流程图F i g 3F l o wc h a r to fA Dd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m4 结论本文详细地叙述了嵌入式L i n u x 操作系统驱动的开发方法，给出了基于嵌入式L i n u x 操作系统驱动的开发流程。最后实现了A D 数据采集、存储和曲线显示功能，并可以对存储的A D 采集数据进行更为复杂的数据处理，是一个比较完整的嵌入式数据采集系统。将基于C+内核的Q t E 嵌入式图形软件应用于嵌入式L i n u x 的数据采集系统中，不但提高了数据的处理速度，而且具有较强的可视性大大降低

22、了工人的劳动强度。参考文献：E 1 潘辉，贾世祥基于s 3 c 2 4 1 0 和嵌入武L i n u x 的D A转换的实现 J 微计算机信忠，2 0 0 7，2 3(7-2)：1 2 8-1 3 2 2 刘小春，张有为。向伟嵌入式L i n u x 下Q t E m b e d-d e d 应用关键技术研究口 微计算机信患，2 0 0 7，2 3(1 2-2)1 6 2-6 3 3 任善全吕强，钱培德，等一个基于Q t E m b e d d e d 的嵌入武L i n u x 应用程序的实现口 计算机应用与软件，2 0 0 6，2 3(2)1 1 0 5 1 0 7 4 何剑锋，邬文彪。

23、李宏穆。等嵌入武L i n u x 系统的Q t E m b e d d e d 图形界面开发 J 电子工程师，2 0 0 7。2 4(8)：1 5 3-1 5 5 5 张凯，丁金华，周茂君。等。基于嵌入式微处理器的张力控制器口 微计算机信患，2 0 0 7，2 3(1 2 2)：2 0。2 1 万方数据基于Qt/E的A/D数据采集系统的设计基于Qt/E的A/D数据采集系统的设计作者：张冬，丁金华，ZHANG Dong，DING Jin-hua作者单位：大连工业大学机械工程与自动化学院,辽宁大连,116034刊名：大连工业大学学报英文刊名：JOURNAL OF DALIAN POLYTECHN

24、IC UNIVERSITY年，卷(期)：2008,27(4)参考文献(5条)参考文献(5条)1.张凯;丁金华;周茂君 基于嵌入式微处理器的张力控制器期刊论文-微计算机信息 2007(12-2)2.何剑锋;邬文彪;李宏穆 嵌入式Linux系统的Qt/Embedded图形界面开发期刊论文-电子工程师 2007(08)3.任善全;吕强;钱培德 一个基于Qt/Embedded的嵌入式Linux应用程序的实现期刊论文-计算机应用与软件2006(02)4.刘小春;张有为;向伟 嵌入式Linux下Qt/Embedded应用关键技术研究期刊论文-微计算机信息 2007(12-2)5.潘辉;贾世祥 基于s3c2410和嵌入式Linux的D/A转换的实现期刊论文-微计算机信息 2007(7-2)本文链接：http:/