引言
随着科学技术的发展，光电效应己广泛应用于工农业生产、国防和许多科技领域。普朗克常数是自然界中一个很重要的普适常数，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。所以，进行光电效应实验并通过实验求取普朗克常数有助于人们理解量子理论和更好地认识这个普适常数。然而传统手动测量和数据处理方法采集的数据量非常有限，不但引入很大人为误差，而且限制了各种数字信号处理方法的使用，从而引入系统误差。同时，如果将主要精力放在如何准确调整输出电压以及输出电流等重复性劳动上，则会忽视对实验本身的物理规律的研究。
用单片机控制系统自动采集和处理数据可以解决以上问题。但此时对于控制系统软件设计的可靠性、实时响应等各个方面的性能都要有严格的要求。使用嵌入式操作系统，可以将具体应用分解成多个任务，简化应用系统软件的设计，使控制系统的实时性得到保证，使其达到理想状态。另外，良好的多任务设计，还有助于提高系统的稳定性和可靠性。本文将具体介绍基于嵌入式操作系统Small RTOS51的光电效应实验系统设计。
1、 系统功能及硬件描述
该系统可以根据实验操作者的选择，对各单色光逐个自动采集光电流随反向电压变化的实验数据，计算普朗克常数,并在液晶显示器上显示出实验曲线和实验结果。由于装置采样速度很快，软硬件均采取了抗干扰措施，大大减小了实验数据的离散性。由于装置根据一定的规则计算确定截止电压，避免了人为因素造成的随意性，改善了实验效果。该系统的研制开发主要目的是用于大学物理光电效应实验中，除了具有一般光电效应实验装置功能外，还有其它的特点和功能，具体如下：
① 输出到光电管的电压可以在-3v~1v范围内调节，每隔0.001v连续输出，同时在液晶显示器上显示出I-U曲线；
② 根据I-U曲线，用曲率法判断出相应截止电压；
③ 如果已经测出≥2种单色光截止电压，则可根据选择求普朗克常量，并显示出主要计算步骤和结果；
④ 单色仪智能化，只要输入波长，即可得到相应单色光；
⑤ I-U曲线可保存到XRAM或传到PC机中；
⑥ 增加测量输入单色光波长功能。
该实验仪硬件框图如图1所示。

该装置采用新华龙公司型号为C8051F005的快速单片机。该单片机集成了两个12位逐次逼近型（SAR）ADC，可编程转换速率，最大可达100kps；两个具有16个可编程回差电压值模拟比较器；片内调试电路提供全速、非侵入式的JTAG在系统调试、高速8051微控制器内核，70%指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期，时钟周期可达25MIPS；256字节RAM，2K字节XRAM，32K字节flash程序存储器；4个字节宽I/O口，4个通用定时器。该单片机以上资源在本系统中得到了充分利用。换而言之，选择该单片机在满足系统要求的前提下，大大节约了成本。
2、 操作系统在C8051F005上的移植

Small RTOS51是一款专门为51系列单片机设计的实时操作系统(实际上应该称其为实时内核)，大部分代码用C语言编写，易于移植，十分适合于资源紧张的51系列8位机。由于C8051F005单片机集成了很多资源，如2K外部数据存储器，4个定时器等。可以对操作系统做必要的、合理的配置以达到性能最优和资源的充分利用。