【正文】 是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵所在。針對(duì)通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路總體設(shè)計(jì)以及各部分電路的組成，本采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩部分：串行數(shù)據(jù)采集／傳輸程序和PC機(jī)的數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)和處理等應(yīng)用程序。其中數(shù)據(jù)采集部分包括初始化程序，中斷服務(wù)子程序，數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)(A/D轉(zhuǎn)換），串口初始化子程序設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)傳輸子程序等。這部分屬于單片機(jī)的編程，采用MCS51匯編程序或Ｃ51程序編寫(xiě)。PC機(jī)應(yīng)用程序使用LabVIEW或VB編寫(xiě)，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)顯示[10]。確定通道方式/通道數(shù)據(jù)讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果單片機(jī)接收數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)傳輸上位機(jī)接收數(shù)據(jù)　軟件設(shè)計(jì)流程圖　單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)　主程序設(shè)計(jì)主程序?yàn)檎麄€(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主體部分，它是由若干模塊組成；主程序主要完成A/D轉(zhuǎn)換初始化、單片機(jī)中斷初始化、串口初始化等工作。開(kāi)始初始化AD7706A/D轉(zhuǎn)換是否存在？AD7706初始化串口初始化中斷初始化開(kāi)中斷等待中斷 　主程序框圖AD7706有6個(gè)內(nèi)部寄存器，對(duì)這6個(gè)寄存器的初始化、操作是A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，也比較復(fù)雜。AD7706芯片的輸出方式為同步串行通信方式，MCS51單片機(jī)只提供一個(gè)RS232接口，此接口資源在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)用作與上位機(jī)通信。在此情況下，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)AD7706的成功操作，用單片機(jī)并口資源模擬同步串行通信，并給出軟件操作的實(shí)現(xiàn)代碼?！≈袛喾?wù)程序設(shè)計(jì)在中斷服務(wù)程序中完成信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)打包及串行數(shù)據(jù)輸出等功能。為了保證數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，一般將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)數(shù)字濾波處理、數(shù)據(jù)傳輸都放在中斷服務(wù)程序中。中斷入口關(guān)中斷并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)打包及串行發(fā)送恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并開(kāi)中斷退出中斷　中斷服務(wù)程序框圖　數(shù)據(jù)采集（A/D轉(zhuǎn)換）模塊數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)AD7706的采集狀態(tài)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)讀取并保存到單片機(jī)寄存器等功能。在采樣周期內(nèi)，依次對(duì)3路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。對(duì)AD7706的編程主要是設(shè)置各類(lèi)寄存器，包括通信寄存器、時(shí)鐘寄存器、設(shè)置寄存器、數(shù)據(jù)寄存器等。對(duì)這些寄存器的操作，首先要訪(fǎng)問(wèn)通信寄存器，它管理通道選擇、決定下一步操作是讀還是寫(xiě)，以及下一步讀或?qū)懩囊粋€(gè)寄存器。由于軟件錯(cuò)誤或系統(tǒng)中的閃爍信號(hào)會(huì)造成接口迷失，為避免發(fā)生接口迷失，可定時(shí)復(fù)位系統(tǒng)接口，使通信寄存器回到等待寫(xiě)狀態(tài)。可通過(guò)向DIN輸入端寫(xiě)入至少32個(gè)串行時(shí)鐘周期的高電平以復(fù)位串行接口。是AD7706A/D轉(zhuǎn)換是否完成的標(biāo)志位，其定義為在AD7706的A/D轉(zhuǎn)換完成后置低電平，并在一段時(shí)間內(nèi)（）一直保持到轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被取走，然后置為高電平。為了讀取數(shù)據(jù)的正確性，在讀取完16位數(shù)據(jù)后，對(duì)的狀態(tài)進(jìn)行再次檢測(cè)。若為高電平，則說(shuō)明讀取操作正確；若為低電平，則讀取操作錯(cuò)誤，此次操作被取消，重新采集讀取。上電復(fù)位AD7706寫(xiě)通信寄存器選擇輸入通道并設(shè)置下一次操作為寫(xiě)時(shí)鐘寄存器（20H）寫(xiě)時(shí)鐘寄存器，根據(jù)使用的主時(shí)鐘頻率選擇時(shí)鐘位并設(shè)置所選擇通道的輸出數(shù)據(jù)更新速率寫(xiě)通信寄存器選擇輸入通道并設(shè)置下一次操作為寫(xiě)設(shè)置寄存器（10H）寫(xiě)設(shè)置寄存器，使增益為1，自校準(zhǔn)方式40H查詢(xún)判斷引腳寫(xiě)通信寄存器并設(shè)置下一次操作為讀數(shù)據(jù)寄存器（38H）讀數(shù)據(jù)寄存器開(kāi)始為低 AD7706 A/D轉(zhuǎn)換流程框圖　通信模塊USB接口編程在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)USB外設(shè)的時(shí)候，開(kāi)發(fā)者主要需要編寫(xiě)三部分的程序： ①固件程序；②USB驅(qū)動(dòng)程序；③客戶(hù)應(yīng)用程序。在這簡(jiǎn)要闡述了固件程序的編寫(xiě)（針對(duì)PDIUSBD12)。[13]。 USB接口軟件流程圖USB設(shè)備啟動(dòng)流程如下： （1） USB設(shè)備接入U(xiǎn)SB口，發(fā)出連接USB命令； （2） 主機(jī)發(fā)出讀設(shè)備描述符兩次； （3） 主機(jī)根據(jù)設(shè)備描述符——廠(chǎng)商ID、產(chǎn)品ID，啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序； （4） 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序初始化USB設(shè)備； ?、僮x設(shè)備描述符； 　②讀配置描述符； ③選擇接口、端點(diǎn)（管道），確定傳輸方式。USB固件程序程序由三部分組成：①初始化單片機(jī)和所有的外圍電路（包括PDIUSBD12）；②主循環(huán)部分，其任務(wù)是可以中斷的；③中斷服務(wù)程序，其任務(wù)是對(duì)時(shí)間敏感的，必須馬上執(zhí)行。根據(jù)USB協(xié)議，任何傳輸都是由主機(jī)（Host）開(kāi)始的。單片機(jī)作它的前臺(tái)工作，等待中斷。主機(jī)首先要發(fā)令牌包給USB設(shè)備（這里是PDIUSBD12），PDIUSBD12接收到令牌包后就給單片機(jī)發(fā)中斷。單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先讀PDIUSBD12的中斷寄存器，判斷USB令牌包的類(lèi)型，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。在USB單片機(jī)程序中，要完成對(duì)各種令牌包的響應(yīng)，其中比較難處理的是SETUP包，主要是端口0的編程。 單片機(jī)與PDIUSBD12的通信主要是靠單片機(jī)給PDIUSBD12發(fā)命令和數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PDIUSBD12的命令字分為三種：初始化命令字、數(shù)據(jù)流命令字和通用命令字PDIUSBD12 數(shù)據(jù)手冊(cè)給出了各種命令的代碼和地址。單片機(jī)先給PDIUSBD12的命令地址發(fā)命令，根據(jù)不同命令的要求再發(fā)送或讀出不同的數(shù)據(jù)。因此，可以將每種命令做成函數(shù)，用函數(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)命令，以后直接調(diào)用函數(shù)即可。USB設(shè)備在正常使用以前，必須由主機(jī)配置設(shè)備。主機(jī)一般會(huì)從USB設(shè)備獲取配置信息后再確定此設(shè)備有哪些功能。作為配置操作的一部分，主機(jī)會(huì)設(shè)置設(shè)備的配置值，如果必要的話(huà)會(huì)選擇合適的接口備選設(shè)備。在編寫(xiě)USB的固件程序時(shí)，需要注意：①單片機(jī)的中斷應(yīng)設(shè)置為電平觸發(fā)；中斷后一定要讀上次傳輸狀態(tài)寄存器（命令40～45H），以清除中斷寄存器中的中斷標(biāo)志。這樣，PDIUSBD12的中斷輸出才能變回高電平，這一點(diǎn)非常重要。②在接收到Setup包后，一定要調(diào)用D8命令重新使能端口0。③在向IN端寫(xiě)完數(shù)據(jù)后，一定調(diào)用命令FAH，指明緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)有效，可以發(fā)送到主機(jī)。④讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后，一定調(diào)用命令F2H，以保證可以接收新的包。⑤可以通過(guò)調(diào)用命令FDH，檢查PDIUSBD12是否工作。該命令要讀兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 固件程序的編程是整個(gè)USB外設(shè)開(kāi)發(fā)中非常重要的一環(huán)，它直接影響到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)傳輸速度。例如，采用不同的傳輸類(lèi)型、設(shè)置不同的分組大小、是否采用DMA方式、傳輸緩沖區(qū)的大小等都會(huì)使得傳輸速率發(fā)生很大的變化。還有在高速情況下的超時(shí)處理等，也包含了很多的內(nèi)容。5. 系統(tǒng)的軟硬結(jié)合，虛擬仿真及系統(tǒng)抗干擾　系統(tǒng)軟硬件結(jié)合仿真的方法簡(jiǎn)單的串口通信可通過(guò)“超級(jí)終端”方法實(shí)現(xiàn)[11]一般Microsoft的操作系統(tǒng)如win98，win2000，winXP都帶有“超級(jí)終端”，從“附件”中選擇“通訊”，在里面就可以打開(kāi)“超級(jí)終端”。從菜單欄里找到“屬性”，然后選擇“l(fā)”或“2”進(jìn)行連接，并對(duì)其配置，設(shè)定的規(guī)則要跟單片機(jī)設(shè)置的相同。如波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)、停始位等。設(shè)定完成后就可以直接與單片機(jī)迸行通信，可以在工作區(qū)的白板里看到單片機(jī)傳輸來(lái)的數(shù)值。不但可以接收，還可以把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。使用簡(jiǎn)單，若控制的程序難度不大，則用此方式方便，若控制的難度大，了解的信息多，則宜采用Matlab語(yǔ)言的設(shè)備控制箱或在VB中使用MSComm的方式?！∠到y(tǒng)的抗干擾應(yīng)用系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較惡劣，干擾較大，這些干擾有時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞儀表的器件和程序，導(dǎo)致儀器不能正常運(yùn)行。因此為了保證儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行、提高測(cè)控系統(tǒng)的輸出精度，必須要周密考慮和解決抗干擾的問(wèn)題【4】。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由于易受如電磁輻射、電源抖動(dòng)等干擾的應(yīng)用特點(diǎn)，多年來(lái)，圍繞著MCU應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)以及其擾后的自我恢復(fù)在硬件和軟件等方面積累了多種方法，這些方法相互結(jié)合、配合使用，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性與抗干擾性。（單片機(jī)或微機(jī)系統(tǒng)受到強(qiáng)干擾后可造成程序失控，使CPU進(jìn)入死循環(huán)，或者使程序跑飛。利用“看門(mén)狗”技術(shù)能不斷地監(jiān)視程序運(yùn)行的時(shí)間，一旦超過(guò)限定時(shí)間，就確認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)“死機(jī)”，看門(mén)狗立即將CPU復(fù)位，使之返回正常的程序流程。）看門(mén)狗（WDT，Watch Dog Timer）技術(shù)就是最常見(jiàn)的抗干擾技術(shù)?？撮T(mén)狗有硬件看門(mén)狗和軟件看門(mén)狗之分，無(wú)論是硬件看門(mén)狗還是軟件看門(mén)狗實(shí)際上都是一個(gè)可清零的定時(shí)計(jì)數(shù)器。如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用MCU芯片外部電路實(shí)現(xiàn)，則為硬件看門(mén)狗；如果該定時(shí)計(jì)數(shù)器用MCU芯片內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，則稱(chēng)為軟件看門(mén)狗?？撮T(mén)狗的工作過(guò)程是：當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，MCU定時(shí)或不定時(shí)地向看門(mén)狗發(fā)送清狗信號(hào)，使看門(mén)狗計(jì)數(shù)器復(fù)位（清狗時(shí)間間隔應(yīng)小于看門(mén)狗定時(shí)時(shí)限）。當(dāng)程序異常時(shí)，由于看門(mén)狗計(jì)數(shù)器不能被MCU正常復(fù)位，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的看門(mén)狗定時(shí)時(shí)限后，看門(mén)狗計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)溢出信號(hào)發(fā)送給MCU，此定時(shí)溢出信號(hào)作為MCU的復(fù)位脈沖，并使MCU復(fù)位，讓程序正常運(yùn)行并得以恢復(fù)。，CD4060為14為二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻/振蕩器。選R1=130k，C1=100pF時(shí)，振蕩頻率經(jīng)內(nèi)部14級(jí)二分頻后，從Q14端可輸出約2Hz的頻率信號(hào)。R2為偏置電阻。正常情況下8051每隔一段時(shí)間t1，就將CD4060復(fù)位一次。一旦由于某種原因?qū)е翪PU失控，CD4060不能及時(shí)被復(fù)位，經(jīng)過(guò)t2(t2t1)就從Q14端輸出高電平，立即將8051復(fù)位，把CPU“拉回”到正常狀態(tài)；然后CPU又將CD4060復(fù)位，使Q14恢復(fù)成低電平。R3與C2組成微分電路。顯見(jiàn)，看門(mén)狗電路具有監(jiān)視與執(zhí)行器的作用，是提高智能化單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)可靠性的有效措施之一。 由CD4060構(gòu)成的看門(mén)狗電路6. 結(jié)束語(yǔ)本采集系統(tǒng)借助于單片機(jī)、微機(jī)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和通信技術(shù)，采用兼容MCS51的ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)、3通道串行A/D轉(zhuǎn)換器AD770LM2576穩(wěn)壓器、CD4060脈沖發(fā)生器等器件設(shè)計(jì)了一套基于單片機(jī)的3通道車(chē)載加速度采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的功能是將來(lái)自加速度傳感器的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)放大、線(xiàn)性化、濾波、同步采樣保持等處理后，輸入A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由單片機(jī)采集，然后利用單片機(jī)與PC機(jī)的通信將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、后期處理與顯示。完成的主要工作及系統(tǒng)特點(diǎn)如下：(1)研究了單片機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、穩(wěn)壓技術(shù)及看門(mén)狗技術(shù)。(2)完成了基于單機(jī)的3通道加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能分析，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)3通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)及軟件分析，并完成了單片機(jī)與PC機(jī)的通信的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。(3)該采集系統(tǒng)可以獨(dú)立工作，通過(guò)與車(chē)載計(jì)算機(jī)通信，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)。該系統(tǒng)還存在一些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的共性問(wèn)題需待解決。目前，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中還有待進(jìn)一步研究的技術(shù)工作有：(1)分辨率及精度的進(jìn)一步提高；(2)傳感器的數(shù)量增加的問(wèn)題如何解決；(3)如何精確達(dá)到預(yù)期需要的采樣頻率；(4)由環(huán)境與精度決定的信號(hào)調(diào)理方面的要求等。本系統(tǒng)還可以考慮選擇并行輸出的A/D芯片，配合多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)更多通道的信號(hào)采集。通過(guò)改變基準(zhǔn)電壓還可以對(duì)其他頻率的信號(hào)進(jìn)行采集。附錄：附錄一：a)總電路圖b)PCB板圖附錄二：程序清單（數(shù)據(jù)采集）：AD7706的初始化程序：BEGIN： CLR A MOV A,010H； 設(shè)置串行工作方式0 MOV SCON,A CLR ； 選中芯片AD7706 MOV A,20H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫(xiě)操作，下一操作選定CKR MOV SBUF,A JNB TI,﹩； 接收完畢，TI復(fù)位 CLR TI MOV A,320H； 設(shè)置CLK MOV SBUF,A JNB TI, CLR TI MOV A,010H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫(xiě)操作，下一操作選定STR MOV SBUF,A JNB TI,﹩ CLR TI MOV A,40H； 設(shè)置STR MOV SBUF,A JNB TI,﹩ CLR TI RET 輸入字節(jié)程序（判斷引腳）： INB1： CLR C JB ,INB1； 判斷引腳電平 CLR ； DRDY為0，有效數(shù)據(jù)，進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作 MOV A,38H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫(xiě)操作，下一操作選定DOR MOV SBUF,A MOV A,SBUF； 從AD7706中讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R3,A； 高8位存入R3中 JNB TI,﹩ CLR TI MOV A,SBUF； 從AD7706中讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R4,A； 低8位存入R4中 JNB TI,﹩ CLR TI RET 輸入字節(jié)程序（判斷CMR的最高位）：INB2： CLR ； 對(duì)AD7706進(jìn)行操作 MOV A,08H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫(xiě)操作，下一操作選定CMR MOV SBUF，A MOV SBUF,A； 讀AD7706的CMR ANL A,10000000B ； 判斷位，若為0，則有有效數(shù)據(jù) JNZ INB2； 等待 MOV A,38H； 對(duì)CMR進(jìn)行寫(xiě)操作，下一操作選定DOR MOV SBUF,A MOV A,SBUF MOV R3,A JNB TI,﹩ CLR TI MOV A,SBUF MOV R4,A JNB TI,﹩ RET參 考 文 獻(xiàn)[1] NIKOLAY ，SERGEY ，NESTOR ，羅均，謝少榮等譯．智能傳感器數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006[2] 周傳德，宋強(qiáng)，文成．傳感器與測(cè)試技術(shù)．重慶：重慶大學(xué)出版社，[3] 余成波．傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)．北京：高等教育出版