雙路信號采集存儲分析系統(tǒng)

1、<p>　　雙路信號采集存儲分析系統(tǒng)</p><p>　　關(guān)鍵詞：自動衰減前級 可變參考電壓 液晶顯示 并行處理 文件存儲</p><p>　　摘要：闡述了一種基于16位單片機與8位單片機技術(shù)的高性能雙路信號采集存儲分析系統(tǒng)的設計思路和結(jié)構(gòu)特點。</p><p>　　多路數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)主要涉及數(shù)據(jù)采集、波形分析、數(shù)據(jù)壓縮存儲、人機界面、液晶顯示及緩存技術(shù)

2、。其中數(shù)據(jù)的采集和壓縮存儲最為重要。設計的目的是以最簡單的硬件發(fā)揮它最大的效能，使采集和存儲速率達到最大。但是在一定范圍內(nèi)采集速率和存儲速率是有一定矛盾的，由于此兩種操作均消耗整體系統(tǒng)資源，所以在并行處理的時候勢必會造成此消彼長的問題。此時就需要一種超線程并行處理模式，同時處理數(shù)據(jù)采集存儲顯示人機交換等操作。 以下為幾種方案：</p><p>　　一、采用OS2 R2TX-TINV等可用于單片機的嵌入式操作系統(tǒng)

3、利用任務切換形式完成多程序并行操作與響應。這種方案的優(yōu)點是編程相對簡單、任務明確、易于擴展。它的缺點是當利用于51單片機等低端8位單片機時，占用系統(tǒng)資源過大。往往需要外擴SRAM和ROM等手段擴充硬件資源，增加系統(tǒng)硬件的復雜程度。在任務為較簡單的操作時往往得不償失，實時性也很難保證。若采用高端的單片機勢必會增加成本，所以未選擇此種方案。</p><p>　　二、協(xié)調(diào)和利用單片機內(nèi)部多個時鐘中斷源。時分制的并行處理

4、多個任務與響應，這種方案的優(yōu)點是在任務較簡單時，占用系統(tǒng)資源極少，系統(tǒng)利用率高且無須外擴硬件，可靠性好，容易把握實時性。它的缺點是當任務較大時會造成時鐘中斷過長，多中斷互相嵌套冗雜等情況，造成程序混亂，尤其是在各任務所需處理中斷時間不一的時候，最容易發(fā)生。同時由于單個單片機數(shù)據(jù)處理能力有限，不可能處理過于復雜的任務，所以我們未采用此種方案。</p><p>　　三、用多個單片機各司其職協(xié)調(diào)合作，分別完成不同的任務

5、。雖然一定程度上增加了硬件的復雜程度，但有利于模塊化設計，并且與采用高端單片機相比更可行，低廉。所以我們選用此種方案。</p><p>　　在多單片機合作協(xié)調(diào)時，最大的難點是數(shù)據(jù)和命令在各單片機間傳輸?shù)目偩€的結(jié)構(gòu)設計問題。有以下幾種方案：</p><p>　　1、采用單總線分支機構(gòu)，以相同的數(shù)據(jù)命令傳輸協(xié)議，用呼號形式統(tǒng)一傳輸數(shù)據(jù)和命令。其優(yōu)點是：可在任意分支單片機間雙向數(shù)據(jù)連接，且硬件相

6、對簡單，可廣播式發(fā)送數(shù)據(jù)與命令，且不用區(qū)分主從機。其缺點是：傳輸數(shù)據(jù)時只能有一個單片機發(fā)送信號，其他單片機只能接收，容易形成各單片機間搶占總線等問題。需要相應的總線仲裁機構(gòu)來完成總線資源分配，硬件將相對復雜。我們的系統(tǒng)需要大數(shù)據(jù)流單向傳輸和小命令流雙向傳輸，所以不能用此結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2、樹狀主從式總線機構(gòu)，這種總線的最大優(yōu)點是有利于數(shù)據(jù)從主機到從機之間的傳輸，易于尋址。適合于多路信號采集的匯總和主機

7、對從機的操作。其缺點是：數(shù)據(jù)傳輸路徑固定，在中繼單片機運行時占用不必要的系統(tǒng)資源，不利于各分機之間的數(shù)據(jù)交流。</p><p>　　3、多總線、控制線傳輸機構(gòu)，由于本作品設計的獨特性，結(jié)合５１單片機硬件特點，采用兩條總線。一條是命令總線，一條是數(shù)據(jù)總線。由于在本系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的流向是單向的，且數(shù)據(jù)量很大，連接在凌陽數(shù)據(jù)采集板、數(shù)據(jù)存儲器和液晶波形顯示緩沖板之間。為10位并口數(shù)據(jù)總線且共用一條時鐘線，沒有傳輸協(xié)議，以

8、增大傳輸速率。</p><p>　　最終定下方案：整體方框圖如下：</p><p>　　輔助ＣＰＵ連接著前級衰減控制器，參考、偏置電壓生成器，５＊８鍵盤等模塊。由于數(shù)據(jù)傳輸較為簡單，分別采用若干控制線對其控制。輔助ＣＰＵ、主ＣＰＵ和存儲器、顯示緩沖區(qū)之間通信采用串口數(shù)據(jù)總線，以不同的命令頭、命令尾來識別起始和目標單片機來完成互相間控制通訊。</p><p>　　以下

9、將詳細介紹各個組成部分：</p><p><b>　　一 輸入部分 </b></p><p>　　前向通道的作用是對被測信號進行調(diào)理、量化。并將量化結(jié)果存入存儲器，以被顯示之用。它是整個設計的核心。</p><p><b>　　信號條理電路的設計</b></p><p>　　A/D對輸入的模擬信號

10、的幅值有一定的要求范圍。為0~3.3V，而對于待測信號來說其幅值各不相同，有時大大超出了A/D所如許的最大輸入范圍，造成飽和失真，甚至燒毀硬件。有時信號較小，使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生很大相對誤差，甚至不響應。這些因素都使得無法對信號進行準確的測量。</p><p>　　信號條理電路的作用就是將不同幅度的輸入信號都歸整到適合A/D采集的輸入信號范圍，具體來說，就是對大的輸入信號進行衰減，對小信號則要放大。</p&

11、gt;<p>　　方案一：采用可編程增益放大器。如PGA103，對輸入信號進行調(diào)理。通過對可編程器件的控制，使其放大倍數(shù)可以為*1、*10兩種不同值，來滿足對大小不同信號的放大要求。但這種方法無法滿足精確幅度的控制，將信號放大的同時，也將干擾信號放大，而且可編程增益放大器的價格較高。</p><p>　　方案二：我們摒棄了傳統(tǒng)的理念。在信號較小時，通過實時的精確的改變A/D的參考電壓，改變采樣范圍，

12、以保證測量精度。</p><p>　　通常生成參考電壓的方法是由一個D/A輸出電壓。對D/A的控制較為占單片機口線資源，并且通常D/A輸出為電流，所以后級還要加放大器做電流—電壓轉(zhuǎn)換，這樣使系統(tǒng)較為復雜，不利于系統(tǒng)調(diào)試，其最為欠缺的是數(shù)據(jù)的易失性，斷電后此數(shù)據(jù)無法保存。經(jīng)過仔細分析，我們采用一片數(shù)字電位器來完成此功能。我們采用256抽頭的DCP(數(shù)字電位器)，此數(shù)字電位器與系統(tǒng)采用SPI串行通訊方式，其控制總線少

13、，體積結(jié)構(gòu)小，對其控制較為靈活、方便，其最大的優(yōu)點是數(shù)據(jù)的非易失性，當系統(tǒng)突然掉電時，數(shù)字電位器內(nèi)部的存儲單元會將當前值進行存儲，待系統(tǒng)上電時，其存儲數(shù)據(jù)即可恢復，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。</p><p>　　對于待測信號來說其幅值各不相同，我們在信號輸入端加了前級衰減，從而將大信號進行相應的衰減，以滿足不同幅度的輸入信號都歸整到適合A/D的輸入信號范圍。具體方法實現(xiàn)同樣是采用數(shù)字電位器做精密衰減控制。其控制方法簡潔，方

14、便，并且精度較高。</p><p>　　經(jīng)綜合考慮，在本設計中采用方案二實現(xiàn)信號的前端調(diào)理。</p><p><b>　　采樣方式的選擇</b></p><p>　　再現(xiàn)代數(shù)字采集、存儲系統(tǒng)中，通常有兩種采樣方式：實時采樣和等效采樣。、</p><p><b>　　方案一：實時采樣</b><

15、/p><p>　　實時采樣是在信號存在期間對其采樣。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率必須高于被測信號中最高頻率分量的2倍，對于周期正弦信號，一個周期應該有兩個采樣點，考慮到實際因素的影響，為了不失真的恢復原被信號，通常對被測信號的一個周期至少應該有5個采樣點，原被測信號不失真的恢復也受到A/D的采樣深度的限制。實時采樣方法簡單，易于實現(xiàn)，當被測信號頻率不是很高時，實時采樣方法較為理想。如圖1—1所示</p>

16、<p><b>　　方案二：等效采樣</b></p><p>　　由于采樣器工作的速率的限制，實際上在被測信號的頻率較高時很難實現(xiàn)實時采樣。并且采樣速率愈高，要求A/D的轉(zhuǎn)換速率愈高，其價格愈高。所以在價格上很難接受。但對于周期信號可以采用等效采樣方法。其中又分為順序和隨機等效采樣方法。所謂順序采樣是對每一個信號周期僅采樣一點，經(jīng)過若干個信號周期后，就可以將被測信號的各個部分采

17、樣一遍，這種采樣方法可以使采樣點借助于“步進延遲”方法均勻的分布于被測信號波行的不同位置。所謂步進延時，是每一次采樣比上一次采樣點的位置延時Δt時間。如圖1—2。</p><p>　　等效采樣雖然對很高頻率的信號進行采樣，但“步進延遲”的方法很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)，本設計要求信號頻率最大為10KHz,按對信號的每個周期的采樣點為5個算故要求的最高采樣速率不是很高。所以，在本設計中我們采用實時采樣方法。</p&g

18、t;<p>　　3。 電平移位電路</p><p>　　由于被測信號是雙極性的，即被轉(zhuǎn)換的模擬信號為正或負極性，而A/D的輸入信號通常為單極性信號。為了對雙極性信號的測量，以及適應A/D的要求，在進行A/D轉(zhuǎn)換之前必須將雙極性信號轉(zhuǎn)換為單極性信號，所以我們設計了電平移位電路，在本設計中可將被測信號移位為單極性信號。電平轉(zhuǎn)換電路，如圖1—3。 </p><p>　　用電阻分壓

19、生成一個電壓為參考電壓二分之一的偏置信號，然后通過OP-07組成的射隨器隔離放大，然后跟輸入信號混合，完成電平移位。</p><p>　　4． 雙路信號輸入</p><p>　　為了對雙路信號（A.B）同時進行顯示，必須同時對A.B雙路信號進行采集、存儲、顯示。通常，對雙路信號進行調(diào)理、采集、存儲有兩種方法，即斷續(xù)采樣方法和交替采樣方法。斷續(xù)采樣方法是在各采樣點對A.B信號進行采樣，即每

20、次采樣都需要切換一次被測信號；而交替采樣方法是當對某一被測信號采樣滿一屏數(shù)據(jù)后，切換對另一路被測信號進行采樣。本設計中被測信號的頻率不是很高，甚至為直流信號，故本設計采用斷續(xù)采樣方法。</p><p>　　從電路上來說，有以下幾種方案實現(xiàn)雙路采集、顯示。</p><p>　　方案一：用模擬開關(guān)實現(xiàn)斷續(xù)采樣方法，將A.B雙路信號接入模擬開關(guān)，由控制器切換輸入信號，分時將被測信號值A/D。如圖

21、1—4。 </p><p>　　方案二：將雙路被測信號A.B各自接入相應的A/D,同時開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換得數(shù)據(jù)分別存入各自的RAM中，如圖1—5， 此方法軟件簡單，硬件較為復雜，而且需要兩片A/D,成本相對較高。</p><p>　　方案三：借助兩對MOS管實現(xiàn)端緒測量方法，用兩個根控制線控制MOS管的關(guān)斷和導通，用選通的方法將被測信號接至A/D,進行采集。如圖1—6, MOS管的導通電

22、阻極小，不會對被測信號有影響。</p><p>　　考慮到模擬開關(guān)的導通電阻較大，有損耗，并且存在著門延遲；而若采用雙D/A在成本上又大大提高。所以，綜合考慮各種因素，我們采用兩對MOS管的方案來實現(xiàn)雙路采集，其導通損耗較小，導通延時短，易于實現(xiàn)。</p><p>　　5 濾波電路的設計</p><p>　　被測信號的頻譜分量較多，其中必然夾雜著許多高次諧波的干

23、擾,這樣對測量精度有嚴重的影響.所以，我們在被測信號的輸入端加了一級低通濾波器，它可以是有用的頻率信號通過，而抑制（或大為衰減）無用的頻率信號,這樣許多高頻干擾信號被濾除，提高了測量的精度。實現(xiàn)低通濾波器有下面幾種方案。</p><p>　　方案一：采用切比雪夫濾波器</p><p>　　切比雪夫濾波器的顯著特點是，其逼近誤差峰值在一定規(guī)定的范圍的頻段尚為最小，而且是等紋波的即誤差值在極大

24、和極小值之間擺動。 </p><p>　　方案二：二階BUTTERWORTH（巴特沃茲）低通濾波器</p><p>　　二階巴特沃茲濾波器，如MAXIM公司的MAX291,其優(yōu)點是通帶內(nèi)特性曲線平坦，但是其從導通到截至頻率的坡度較為緩慢,且價格較高。方案三：RC積分濾波器</p><p>　　RC積分濾波器使用方便，體積小，卻完全滿足本設計要求。其頻率特性為:F

25、(jΩ)=1/(1+jΩτ) ,其中τ=RC為時間常數(shù)。如圖1—7。</p><p><b>　　二 數(shù)據(jù)采集部分</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集是以一塊凌陽ＳＰＣＥ０６１Ａ為核心。它是μ’nSP系列產(chǎn)品SPCE500A之后凌陽科技推出的又一個16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SP

26、CE061A內(nèi)僅內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使μ’nSP能夠非常容易地、快速地處理復雜的數(shù)字信號。因此，與SPCE500A相比，以μ’nSP為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識別應用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種經(jīng)濟的選擇。 </p><p><b>　　主要性能為：</b></p><p>　　16位μ’nSP微處理器； </p>&

27、lt;p>　　工作電壓：VDD為2.6~3.6V(CPU), VDDH為VDD~5.5V(I/O)； </p><p>　　CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz ； </p><p>　　內(nèi)置2K Words 的SRAM； </p><p>　　內(nèi)置32K Words 的FLASH； </p><p><b>　　可

28、編程音頻處理； </b></p><p>　　系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于2μA@3.6V； </p><p>　　2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預置初始計數(shù)值)； </p><p>　　2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； </p><p>　　32位通用可編程輸入/輸出端口； </p>

29、;<p>　　14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒； </p><p>　　具備觸鍵喚醒的功能； </p><p>　　使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； </p><p>　　鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號； </p><p>　　32768

30、Hz實時時鐘； </p><p>　　7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個單通道的聲音專用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； </p><p>　　聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風放大器和自動增益控制(AGC)電路； </p><p>　　具備串行設備接口； </p><p>　　具有低電壓復位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能； </p&

31、gt;<p>　　內(nèi)置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口； </p><p><b>　　具有保密能力； </b></p><p>　　具有WatchDog功能。</p><p>　　在此系統(tǒng)中，利用它來完成數(shù)據(jù)的采集，初步分析和高頻濾波。由于它的CPU與八路A/D模塊成為一體，所以在數(shù)據(jù)采集過程當

32、中必將耗費CPU的資源，CPU系統(tǒng)占用率也直接影響著A/D模塊的采樣速率，為提高采樣速率的高速性和完整性，CPU不能有過多得任務且不能使用外部中斷等隨機資源，所以它僅用于將外部信號采集后初步分析，從IOB中輸出有十位精度的數(shù)據(jù)流。通道切換靠前級來完成。</p><p>　　ADC采用自動方式工作，硬件ADC的最高速率限定為（Fosc/32/12）Hz,如果速率超過此值，當從P_ADC（讀）（S7014H） 單元讀

33、取數(shù)據(jù)時會發(fā)聲錯誤。ADC在各種系統(tǒng)時鐘下的頻率響應為：</p><p>　　最大采樣率（Samplerate_max）為 Samplerate_max=ADC響應率/16=1536KHz/16=96KHz。</p><p>　　此數(shù)據(jù)流通過數(shù)據(jù)總線在無傳輸協(xié)議、無其他數(shù)據(jù)干擾、單向引入存儲器和圖像緩沖器。</p><p><b>　　三 數(shù)據(jù)存儲部分&

34、lt;/b></p><p>　　存儲部分的功能是完成程序與數(shù)據(jù)的存儲（單片機的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器是截然分開的）。由于各個模塊的單片機都集成有8K以上的程序存儲器，而各單片機所集成的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器只有256字節(jié)，這樣的容量對于采集后的數(shù)據(jù)的存儲是顯然不夠的。所以在內(nèi)部程序存儲器夠用的情況下，只需要擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。</p><p><b>　　有以下幾種方案：<

35、/b></p><p>　　方案一：用FLASH存儲器擴展外部數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　　FLASH存儲器是一種電擦除與再編程的快速存儲器，又稱為閃速存儲器。存儲容量能達到兆位以上，在商業(yè)和工業(yè)上具有廣闊的前景，但目前市面上的FLASH由于沒有統(tǒng)一協(xié)議，各個廠家所生產(chǎn)的FLASH相互間差異很大。編程的指令系統(tǒng)各不相同，互不兼容，使用起來非常不便。FLASH存儲器的內(nèi)部分為許多相等

36、的段，每段對應于一個頁面，每一頁的存儲地址與存儲容量是固定的，所以FLASH是以分區(qū)為單位進行再編程的，讀寫時必須保證連續(xù)地把某一分區(qū)讀寫完，如果某一分區(qū)中的一個數(shù)據(jù)需要改變，那么這一分區(qū)中的所有數(shù)據(jù)必須重新裝入。一旦某一分區(qū)中的字節(jié)被裝入，這些字節(jié)將同時在內(nèi)部編程時間內(nèi)進行編程，在此時間內(nèi)若有數(shù)據(jù)裝入,則會產(chǎn)生不確定的數(shù)據(jù)。</p><p>　　方案二：用隨機存儲器擴展外部數(shù)據(jù)存儲器</p>&l

37、t;p>　　在單片機里數(shù)據(jù)的存儲用的較多的是隨機存儲器（Random Access Memory）簡稱為RAM，按其工作方式，RAM又分為靜態(tài)（SRAM）和動態(tài)（DRAM）兩種。SRAM只要電源加上，所存儲的信息就能可靠保存。而DRAM使用的是動態(tài)存儲單元，需要不斷進行刷新以便周期性地再生，才能保存信息。DRAM的集成密度大，集成同樣的位容量，DRAM所占芯片面積只是SRAM的四分之一。此外DRAM的功耗低，價格便宜。但動態(tài)存儲器

38、要增加刷新電路，因此對于采集后的數(shù)據(jù)存儲很不方便。</p><p>　　鑒于本系統(tǒng)的存儲部分主要用于對信號采集后的數(shù)據(jù)的存儲，考慮到所要求的存儲速度和容量問題可采用AT89C52外擴兩片62256SRAM（共64K字節(jié)）來完成數(shù)據(jù)存儲的功能。</p><p>　　硬件連接如圖所示：P0口分別與兩片62256相連作為數(shù)據(jù)總線，同時P0口通過鎖存器373與兩片62256的低8位地址A0~A7相

39、連，兩片62256的高7位地址A8~A14與P2口的低7位相連。P2口的最高位作為兩片62256的片選信號線，當它為高電平時選的是1#62256，而當它是低時選的時2#62256。如圖2—1所示。</p><p>　　AT89C52內(nèi)部有8K的ROM，作為存儲模塊的CPU可以在其上運行文件系統(tǒng)。該文件系統(tǒng)實行對采集后的數(shù)據(jù)進行按文件名存儲。在存儲器容量限度內(nèi)，能達到隨時存儲隨時讀取的功能。同時如果采集的數(shù)據(jù)超過存

40、儲器容量，可以基于此文件系統(tǒng)和存儲模塊下進行再次的擴展。對于擴展此存儲模塊有很好的兼容性。本文在擴展部分重點討論了基于單片機的海量存儲-----單片機對硬盤的讀寫。</p><p>　　存儲模塊受主CPU控制，實時響應從主CPU發(fā)過來的命令。主CPU通過命令與存儲模塊的CPU進行通信，并通過數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)。存儲模塊的CPU接收主CPU發(fā)過來的指令，把信號采集CPU所采集的數(shù)據(jù)分配存儲空間，按文件名存儲。<

41、/p><p>　　方案三：用硬盤海量存儲擴展外部數(shù)據(jù)存儲器</p><p>　　在PC上，硬盤通過IDE40芯的扁平非屏蔽電纜與主板連接，數(shù)據(jù)和命令在其上異步傳輸。與硬盤通信是通過IO寄存器來完成的，硬盤的寄存器分為命令寄存器組和控制寄存器組。訪問硬盤上的寄存器是由CS0FX，CS3FX，A2，A1，A0來譯碼完成的。</p><p>　　IDE硬盤驅(qū)動器中的寄存器及地

42、址分配</p><p>　　IDE接口的硬盤驅(qū)動器提供了兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：PIO模式和DMA模式。</p><p><b>　　PIO模式：</b></p><p>　　由于PIO模式控制相對容易，提供了一種編程控制輸入/輸出的快速傳輸方法。該模式采用高速的數(shù)據(jù)塊I/O，以扇區(qū)為單位，用中斷請求方式與CPU進行批量數(shù)據(jù)交換。在扇區(qū)讀寫操作時，一

43、次按16位長度通過內(nèi)部的高速PIO數(shù)據(jù)寄存器傳輸。通常情況下，數(shù)據(jù)傳輸以扇區(qū)為單位，每傳輸一扇區(qū)數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個中斷。錯誤信息寄存器為只讀，寄存器位如置1代表不同的錯誤信息。屬性寄存器為只寫，對該寄存器的操作可使硬盤工作在不同的模式。由于單片機為8位的數(shù)據(jù)總線，而硬盤默認為16位IO，需要對屬性寄存器寫0x01，使其工作在8位總線模式。 扇區(qū)數(shù)目寄存器的值表示需對硬盤讀寫的扇區(qū)數(shù)目，對硬盤的操作都是以扇區(qū)位單位，每個扇區(qū)包含512個字節(jié)，即

44、每次對硬盤的數(shù)據(jù)讀寫都是512個字節(jié)的倍數(shù)。 本文中對硬盤的操作是以LBA模式進行，即硬盤上的存儲扇區(qū)映射成連續(xù)的邏輯塊地址。要使能LBA模式，需要對模式寄存器的第6位置1。</p><p>　　6） LBA 地址8－15位寄存器，在CS3FX,A2為高電平,CS0FX,A1,A0為低電平時選通，其地址為0x8004。LBA地址共28位表示。</p><p>　　7） LBA 地址16－2

45、3位寄存器，在CS3FX,A2,A0為高電平,CS0FX,A1為低電平時選通，其地址為0x8005。</p><p>　　8） 模式寄存器，在CS3FX,A2,A1為高電平,CS0FX,A0為低電平時選通，參照原理圖1，其地址為0x8006。其低4位為LBA地址的24－27位，第4位為主從硬盤選擇位，若連接J1，則硬盤設為主設備，相應的第4位應為0；若斷開J1，則硬盤為從設備，相應的第4位應置1。</p&g

46、t;<p>　　9） 狀態(tài)寄存器，在CS3FX, A2, A1, A0為高電平,CS0FX為低電平時選通，其地址為0x8007。該寄存器為只讀。其中第7位若為1，表示硬盤處于忙狀態(tài)，第3位若為1，表示數(shù)據(jù)準備好，等待傳輸。詳細的檢驗程序請參照所附的程序。</p><p>　　10） 命令寄存器，在CS3FX, A2, A1, A0為高電平,CS0FX為低電平時選通，其地址為0x8007。該寄存器為只

47、寫。注意硬盤的命令有帶參數(shù)和不帶參數(shù)兩種，在具有參數(shù)的命令操作時，需要首先寫入所有的參數(shù)到各個寄存器，最后寫命令寄存器。</p><p><b>　　硬件連接</b></p><p>　　單片機的P0口與硬盤的低8位連接，A0 A1 A2經(jīng)74LS373鎖存后，連接到硬盤的A0 A1 A2腳，因其工作在8位模式，硬盤的高8位數(shù)據(jù)線懸空。 </p><

48、;p>　　J1用來選擇主從硬盤，在連接J1時，該硬盤位主硬盤，否則為從硬盤。8031應檢測P1.0上的電平，相應地設置模式寄存器的第4位。</p><p>　　P1.1用于硬復位硬盤，在低電平時有效。因8031不支持DMA模式，硬盤工作于PIO模式，所以DMA請求與應答信號懸空。所附軟件工作于查詢模式，中斷請求信號懸空。</p><p>　　在硬盤讀寫操作時，DASP腳為低電平，相應

49、的LED指示燈亮。</p><p><b>　　DMA模式：</b></p><p>　　硬盤和FLASH一樣也是分區(qū)連續(xù)存取方式讀寫數(shù)據(jù)，有512字節(jié)的緩沖區(qū)，外部通過緩沖區(qū)讀寫硬盤的數(shù)據(jù)。由于單片機的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器為256字節(jié)，顯然不能通過單片機直接對硬盤的緩沖區(qū)對寫操作。單片機通常不具有DMA功能，也沒有現(xiàn)成的控制芯片可以利用，而且由于總線和系統(tǒng)組成方面的差異無

50、法將PC中的DMA電路移植到單片機系統(tǒng)中。但可以用兩片單片機搭一個DMA模塊解決這個問題。</p><p>　　DMA硬件連接如圖2—2。</p><p><b>　　74HC623</b></p><p>　　模塊由兩片AT89C51，兩片2K的SRAM6116，兩片地址鎖存373，以及8片總線切換器74HC623組成。74HC623為三態(tài)門

51、總線切換器，通過其方向控制線GAB和/GBA</p><p>　　來控制總線的走向。兩片SRAM6116接地選通，在寫狀態(tài)時1#AT89C51接收其他CPU發(fā)過來的數(shù)據(jù)流寫到1#6116，當寫完256字節(jié)時，1#AT89C51轉(zhuǎn)向2#6116向其寫數(shù)據(jù)，同時，2#AT89C51從1#6116讀數(shù)據(jù)，并寫到硬盤緩沖區(qū)。當1#AT89C51對2#6116寫完256字節(jié)時，又回到1#6116對其進行寫數(shù)據(jù)，而2#AT8

52、9C51此時也已經(jīng)把1#6116中的數(shù)據(jù)讀出并寫到了硬盤中，接著2#AT89C51轉(zhuǎn)到2#6116讀其數(shù)據(jù)并寫到硬盤緩沖區(qū)。當讀完2#6116中的數(shù)據(jù)就完成一個寫周期，即把512字節(jié)的緩沖區(qū)寫滿，而且這個過程必須時一個連續(xù)的過程，因為硬盤時分區(qū)存取的。而對于讀的過程也就是相反的過程。</p><p><b>　　四 顯示部分</b></p><p>　　波形的顯示系統(tǒng)

53、主要由一塊240*128分辨率的液晶屏，液晶屏驅(qū)動器，圖像緩沖器組成，采用液晶屏的優(yōu)點是，圖像清晰、直觀、易于保存、攜帶方便，不詳示波管那樣需要高壓驅(qū)動，大大減小體積、能耗、重量。它的缺點是刷新速度慢，高速、大幅度跳變顯示時波形圖像有斷續(xù)現(xiàn)象。為此據(jù)需要一塊單片機對高速數(shù)據(jù)流緩存，并且使離散圖像點分析成連續(xù)的波形圖像。由于單片機內(nèi)存較少，無法緩存整屏圖像，所以使用了特殊的算法（詳見附錄源代碼）。在不外擴系統(tǒng)資源的情況下，以51單片機完成

54、圖像緩存處理。</p><p>　　液晶顯示驅(qū)動器采用T6963芯片，T6963C 的液晶顯示模塊實現(xiàn)了T6963C 與行列驅(qū)動器及顯示緩沖區(qū)RAM 的接口，同時也已用硬件設置了液晶屏的結(jié)構(gòu)(單雙屏) 數(shù)據(jù)傳輸方式顯示窗口長度寬度等等。整體方塊如圖：</p><p>　　T6963C 的特點</p><p>　　(1) T6963C 是點陣式液晶圖形顯示控制器它能直

55、接與80 系列的8 位微處理器接口</p><p>　　(2) T6963C 的字符字體可由硬件或軟件設置其字體有4 種</p><p>　　(3) T6963C 的占空比可從1/16 到1/128</p><p>　　(4) T6963C 可以圖形方式文本方式及圖形和文本合成方式進行顯示以及文本</p><p>　　方式下的特征顯示還可以實

56、現(xiàn)圖形拷貝操作等等</p><p>　　(5) T6963C 具有內(nèi)部字符發(fā)生器CGROM 共有128 個字符T6963C 可管理64K（本系統(tǒng)使用8K）</p><p>　　顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器CGRAM 并允許MPU 隨時訪問顯示緩沖區(qū)甚至可以進行位操作</p><p>　　本設計選用的液晶模塊是雙電源VDD/V0 供電，就需要提供一個負電壓，即液晶驅(qū)動電壓V

57、0/VEE 。負壓電路是由兩片7660產(chǎn)生，在液晶模塊的V0 引腳上與地之間加一電位器，用以調(diào)節(jié)對比度上。因為液晶材料的物理特性，液晶的對比度會隨著溫度的變化而相應變化。所以加的負電壓值應該隨溫度作相應的調(diào)整。</p><p>　　由于液晶顯示器刷新比較低，所以不能將整個數(shù)據(jù)流像示波管那樣反復刷新來得到完整圖像。所以必須有一個緩沖區(qū)，來完成先期圖像的緩存、處理和分析，使數(shù)據(jù)流成為液晶顯示器能直接顯示的數(shù)據(jù)流。但是

58、單片機本身的內(nèi)存較小，不可能全屏進行分析，所以需要一套特殊的算法來完成數(shù)據(jù)處理。（詳見源代碼）</p><p>　　輔助CPU 的主要功能式驅(qū)動鍵盤、偏置電壓生成器、參考電壓生成器。為提高可控性鍵盤采用掃描模式，偏置電壓生成器、參考電壓生成器由于操作次數(shù)不多，聯(lián)合使用一個外部中斷來控制。為不影響鍵盤掃描及去抖動中斷函數(shù)盡可能的小，僅操作計數(shù)器和生成響應符號。具體對它們的計算和操作要使用查詢方式，在適當?shù)牡胤竭M行。

59、</p><p>　　鍵盤是人機界面的主要部件，通過鍵盤能隨時向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)出入。鍵盤可以分為獨立連接式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又都分為編碼及非編碼兩種類型。獨立式實際上就是一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可直接與單片機的I/O口連接，即每個按鍵獨占一條口線，接口簡單，當占用資源。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，按鍵行列排列組成矩陣。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別，非編碼鍵盤主要由軟件來實現(xiàn)鍵盤

60、的定義與識別?？紤]到系統(tǒng)人機交流復雜，所須通過鍵盤輸入的指令較多。我們選用5*8矩陣式非編碼鍵盤。5*8矩陣式非編碼鍵盤，40個鍵按5行8列排列，用P1口控制列，P2的低5位控制行。</p><p>　　這些功能模塊都是有主CPU控制其功能和操作的，如凌陽采集部分的采集波特率、存儲與實時顯示之間的切換、顯示緩存的大小、數(shù)據(jù)存儲部分的單個文件大小、所要編輯的文件號、分析輸入波形的電壓大小從而生成參考電壓和衰減數(shù)，并

61、且通過鍵盤和字符液晶顯示器來完成人機界面，使人對其操作。同時在液晶屏上顯示各模塊狀態(tài)、反饋信號的分析信息。</p><p>　　這是我們的設計，望組委會批評、指導。最后，我們要特別感謝王克家老師的無私教導，和我校電工電子教學基地的大力支持，還有比賽組委會給予我們的學習鍛煉的機會。</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>

62、　　《凌陽十六位單片機應用》主審：郭黎利 王克家 編著：李北明 哈工程電子電工教學基地</p><p>　　《閃速存儲器AT29C010A及其應用》作者：天津大學精密儀器與光電子工程學院,易志明,林凌,郝麗宏,李樹靖</p><p>　　《基于GPIF的USB-ATA解決方案》作者：杭州浙江大學電氣工程學院（310027）張劍波  顏鋼鋒    來源

63、：《電子技術(shù)應用》</p><p>　　《SCSI總線和IDE接口》（德）FRIEDHELM SCHMIDT 著 中國電力出版社</p><p>　　《液晶顯示屏應用技術(shù)》深圳金鵬公司</p><p><b>　　附錄：</b></p><p>　　凌陽數(shù)據(jù)采集部分原代碼：</p><p>　　#

64、include "SPCE061V004.H"</p><p>　　#include "Spce061.h"</p><p>　　#define Fosc_CLK_RATE C_Fosc_49M; //select Fosc</p><p>　　#define CPU_CLK_RATE C_Fosc;

65、 //select CPUClk</p><p>　　unsigned int AD(void);</p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned long int uiData;</p><p

66、>　　unsigned inti;</p><p>　　unsigned int Fosc_CLK,CPU_CLK;</p><p>　　*P_IOB_Dir = 0xFFFF;</p><p>　　*P_IOB_Attrib = 0xFFFF;</p><p>　　*P_IOB_Data = 0;</p><p

67、>　　Fosc_CLK = Fosc_CLK_RATE;</p><p>　　CPU_CLK = CPU_CLK_RATE;</p><p>　　*P_SystemClock = Fosc_CLK|CPU_CLK;</p><p>　　*P_Watchdog_Clear=1;</p><p>　　*P_ADC_MUX_Ctrl=C_AD

68、C_CH1;//LINE_IN-------IOA0</p><p>　　*P_ADC_Ctrl= C_ADCE;//ADC enable </p><p>　　uiData=*P_ADC_LINEIN_Data;//ADC start</p><p><b>　　uiData=0;</b></p>&l

69、t;p>　　*P_Watchdog_Clear=1;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　*P_Watchdog_Clear=1;</p><p>　　*P_IOB_Data=AD();//uiData;</p

70、><p>　　} </p><p><b>　　}</b></p><p>　　unsigned int AD(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int uiData;</p><p&

71、gt;　　while(!(*P_ADC_MUX_Ctrl&0x8000));//wait,until ADC complete </p><p>　　uiData=*P_ADC_LINEIN_Data; </p><p>　　return(uiData&0xffc0);</p><p><b>　　}</b></p&

72、gt;<p><b>　　主處理器原代碼</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define u

73、long unsigned long</p><p>　　#define x 0x80</p><p>　　#define y 0x80</p><p>　　#define comm 0</p><p>　　#define dat 1</p><p>　　#define T1MS_1200bps

74、 0xe8; /* (e8,-24,SMOD=0) @4800bps pcon&=0x7f @11.0592MHz*/</p><p>　　#define T1MS_2400bps 0xf4; /* (f4,-12,SMOD=0) @4800bps pcon&=0x7f */</p><p>　　#define T1MS_4800bps 0xf

75、a; /* (fa, -6,SMOD=0) @4800bps pcon&=0x7f */</p><p>　　#define T1MS_9600bps 0xfd; /* (fd, -3,SMOD=0) @9600bps pcon&=0x7f */</p><p>　　#define T1MS_19k2bps 0xfd; /* (fd, -

76、3,SMOD=1) @19.2kbps pcon|=0x80 */</p><p>　　#define FX_XINHAO 0x01</p><p>　　#define AUTO_ZHOUQI 0x02</p><p>　　#define ON_SHOW 0x03</p><p>　　#define OFF_SHOW

77、 0x04</p><p>　　bit recvendflag; /* recvendflag==1;收到幀 */</p><p>　　bit recvfirstflag; /* recvendflag==1;接收幀頭 */</p><p>　　bit dc;//直流交流標志</p><p>　　uchar idat

78、a recvstring[7]; /* receive string[] */</p><p>　　uchar idata receive_address_pointer; /* receive pointer */</p><p>　　uchar idata recvpacklength; /* receive byte */&l

79、t;/p><p>　　//uchar idata num_1[8]; //接收到的第一個數(shù)據(jù)</p><p>　　//uchar idata num_2[8]; //接收到的第二個數(shù)據(jù)</p><p>　　uchar idata in_char[8];//輸入的字符</p><p>　　uchar idata num=0;</p&g

80、t;<p>　　uchar idata wjm[64];</p><p>　　uchar idata wj;</p><p>　　sbit rs = P3^2; //H=data; L=command;</p><p>　　sbit rw = P3^3; //H=read; L=write;</p><p>　　sb

81、it e = P3^4; //input enable;</p><p>　　sbit busy=P1^7; //lcd busy bit</p><p>　　sbit L_A= P3^5; //A通道</p><p>　　//sbit L_B= P3^6; //B通道</p><p>　　sbit ac = P3^7;

82、 //偏置控制</p><p>　　sbit disp= P2^0; //顯示/存儲</p><p>　　sbit full= P2^1; //滿幅輸入標志</p><p>　　sbit che=P2^2;</p><p>　　void sel_bps(uchar sel);/* 選擇通訊速率：0=1200,1=2400,2=4800,3

83、=9600,4=19.2k */</p><p>　　void tran_init();</p><p>　　void sio_rxd(uchar z);</p><p>　　void recvprocess(); /* 取數(shù)據(jù) */</p><p>　　void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar conten

84、t);</p><p>　　void chk_busy (void);</p><p>　　void out(uchar chn);</p><p>　　void cls();</p><p>　　void in(uchar add);</p><p>　　void in_c(uchar chn);</p>

85、<p>　　void out_num();</p><p>　　uint chengfang(uchar n);</p><p>　　uchar idata z=0;</p><p>　　uchar code tab1[]={</p><p>　　"多通道信號采集與 分析系統(tǒng) "</p&g

86、t;<p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code tab2[]={</p><p>　　"哈爾濱工程大學杜"</p><p>　　"撰李凱謝維勇設計"</p><p><b>　　};</b></p>

87、<p>　　uchar code tab3[]={</p><p><b>　　"請選擇功能"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code tab4[]={</p><p>　　"1.手動選信號范圍2.自動選信號

88、范圍"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code tab6[]={</p><p>　　"3.手動選掃描周期4.自動選掃描周期"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar

89、code tab8[]={</p><p>　　"5.設定顯示周期值6.設定信號采樣率"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta10[]={</p><p>　　"正在分析中..."</p><p><

90、b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta11[]={</p><p><b>　　"振幅"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta12[]={</p><p

91、><b>　　"頻率"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta13[]={</p><p><b>　　"請輸入文件名："</b></p><p><b>　　};

92、</b></p><p>　　uchar code ta14[]={</p><p>　　"按回車開始，空格結(jié)束！"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta15[]={</p><p>　　"正在存儲中..

93、."</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta16[]={</p><p><b>　　"時間"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　ucha

94、r code ta17[]={</p><p>　　"1.目錄查找2.文件名查找"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta18[]={</p><p><b>　　"文件長"</b></p>&l

95、t;p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta19[]={</p><p>　　"1.播放2.暫停3.定位"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta20[]={</p><

96、;p><b>　　"請輸入"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta21[]={</p><p><b>　　"納秒"</b></p><p><b>　　};&l

97、t;/b></p><p>　　uchar code ta22[]={</p><p><b>　　"秒"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta23[]={</p><p>　　"

98、1.設置2.顯示3.存儲4.分析5.回放"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta24[]={</p><p><b>　　"毫伏"</b></p><p><b>　　};</b></p&g

99、t;<p>　　uchar code ta25[]={</p><p>　　"7.設置信號的性質(zhì)8.設定輸入通道"</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta26[]={</p><p>　　"1.直流2.交流"</

100、p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta27[]={</p><p><b>　　"交流"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta28[

101、]={</p><p><b>　　"直流"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta29[]={</p><p><b>　　"赫"</b></p><p>

102、;<b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta30[]={</p><p><b>　　"1~64"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta31[]={</p>

103、<p><b>　　"個"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta32[]={</p><p><b>　　"1~96000"</b></p><p><b&g

104、t;　　};</b></p><p>　　uchar code ta33[]={</p><p><b>　　"請等候..."</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta34[]={</p><

105、p><b>　　"顯示啟動"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta35[]={</p><p><b>　　"顯示關(guān)閉"</b></p><p><b>　　};

106、</b></p><p>　　uchar code ta36[]={</p><p>　　"1.A.通道2.B.通道 "</p><p><b>　　};</b></p><p>　　uchar code ta37[]={</p><p&g

107、t;<b>　　"無此文件"</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　/*------------------初始化-----------------*/</p><p>　　void init_lcd (void)</p><p><b>

108、;　　{</b></p><p>　　wr_lcd (comm,0x30); /*30---基本指令動作*/</p><p>　　wr_lcd (comm,0x01); /*清屏，地址指針指向00H*/</p><p>　　wr_lcd (comm,0x06); /*光標的移動方向*/</p><p>　　wr_lcd (c

109、omm,0x0c); /*開顯示，關(guān)游標*/</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*---------------顯示漢字或字符----------------*/</p><p>　　void chn_disp (uchar *chn)</p><p><b>　　{</b

110、></p><p>　　uchar i,j;</p><p>　　wr_lcd (comm,0x30);</p><p>　　wr_lcd (comm,0x80);</p><p><b>　　j=0;</b></p><p>　　for (i=0;i<16;i++)</p>

111、;<p>　　wr_lcd (dat,chn[j*16+i]);</p><p>　　wr_lcd (comm,0x90);</p><p><b>　　j=1;</b></p><p>　　for (i=0;i<16;i++)</p><p>　　wr_lcd (dat,chn[j*16+i]);&

112、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ch_disp (uchar *chn,uchar add,uchar l)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p&g

113、t;　　wr_lcd (comm,0x30);</p><p>　　wr_lcd (comm,add);</p><p>　　for (i=0;i<l;i++)</p><p>　　wr_lcd (dat,chn[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void

114、 clrram (void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wr_lcd (comm,0x30);</p><p>　　wr_lcd (comm,0x01);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*-----------

115、----------------------------*/</p><p>　　void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　chk_busy ();</p><p>　　if(dat_comm)</p>

116、<p><b>　　{</b></p><p>　　rs=1; //data</p><p>　　rw=0; //write</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><

117、b>　　{</b></p><p>　　rs=0; //command</p><p>　　rw=0; //write</p><p><b>　　}</b></p><p>　　P1=content; //output data or comm</p><p>&l

118、t;b>　　e=1;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　e=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void chk_busy (void)</p><p>&

119、lt;b>　　{</b></p><p><b>　　P1=0xff;</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　rw=1;</b></p><p><b>　　e =1;</b></p&g

120、t;<p>　　while(busy==1);</p><p><b>　　e =0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*---------------------------------------*/</p><p>　　void delay

121、(uint us) //delay time</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(us--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay1 (uint ms)</p><p><b>　

122、　{</b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=0;i<ms;i++)</p><p>　　for(j=0;j<15;j++)</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p>

123、;<b>　　}</b></p><p>　　/*------------------主程序--------------------*/</p><p><b>　　main ()</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar