一種嵌入式便攜數據采集分析儀

COPY：

ldr r3，[r0]，#4

str r3，[r1]，#4

subs r2，r2，#4

bne COPY

ldrr4，=0xc007ffc；//jumptoSDRAM

addpc，pc，r4

……

b__main；//jumptoOS

操作系統

儀器使用μC/OS-II嵌入式操作系統。μC/OS-II是一個(gè)公開(kāi)源代碼的搶占式實(shí)時(shí)嵌入式內核，它在內核上保證了系統的實(shí)時(shí)性。在這個(gè)系統中，己經(jīng)就緒的高優(yōu)先級任務(wù)可以剝奪正在運行的低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權。只要保證數據采集任務(wù)的優(yōu)先級足夠高，就可以保證數據采集過(guò)程不會(huì )被打斷，從而保證數據的連續性和完整性。

μC/OS-II易于移植，僅需針對s3c44b0x修改3個(gè)文件就可完成移植工作。這3個(gè)文件分別是OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、 OS_CPU_C.C。主要是修改SWI軟中斷異常響應、中斷例程和任務(wù)切換例程。其他的文件都是處理器無(wú)關(guān)的，一般不需修改。功能菜單選擇任務(wù)是優(yōu)先級最低的任務(wù)，沒(méi)有其它高級任務(wù)運行時(shí)即運行這個(gè)任務(wù)。使用時(shí)，通過(guò)液晶顯示器和鍵盤(pán)選擇需要的功能，即可進(jìn)行采樣測量工作。

采樣觸發(fā)方式

本儀器除具有其它儀器都有的內觸發(fā)、外觸發(fā)、定時(shí)觸發(fā)方式外，還根據工業(yè)測試現場(chǎng)的需要，設計了倍頻觸發(fā)方式和單A/D多通道并行無(wú)時(shí)延觸發(fā)方式。

（1）內觸發(fā)方式，即由一方波觸發(fā)采樣，操作者指定其頻率fs、時(shí)間長(cháng)度（測點(diǎn)長(cháng)度）T和開(kāi)始時(shí)刻，也稱(chēng)為數字觸發(fā)。這是一般的A/D板卡都具有的功能。如果對采樣得到的數據進(jìn)行緩存，并將每一個(gè)值和指定電壓值比較，可以實(shí)現電平觸發(fā)。即當采樣電平達到和超過(guò)某閾值后，才存儲采樣數據。儀器還專(zhuān)門(mén)留有一條IO線(xiàn)，由IO線(xiàn)的電平變化事件觸發(fā)采樣，可以實(shí)現前觸發(fā)和后觸發(fā)。前觸發(fā)即僅在IO線(xiàn)事件發(fā)生后，以預先選擇的采樣頻率fs和截斷長(cháng)度進(jìn)行采樣；后觸發(fā)指在IO線(xiàn)事件發(fā)生前，以預先選擇的采樣頻率fs采樣，IO事件發(fā)生即結束采樣。

（2）倍頻觸發(fā)方式。在大型旋轉設備升降速過(guò)程中，要了解各軸承或軸上某截面測點(diǎn)處過(guò)臨界轉速過(guò)程的表現，不允許按常規分時(shí)巡檢進(jìn)行，需要特殊的觸發(fā)方式。這種情況下多采用倍頻觸發(fā)方式采樣。即用轉子轉速信號進(jìn)行外同步，每轉采N個(gè)點(diǎn)。當轉速變化時(shí)，儀器自動(dòng)修正采樣頻率，保證各通道對應點(diǎn)的采樣是同一時(shí)刻的，同時(shí)還獲得了精確的轉子轉速信息。

為實(shí)現這種觸發(fā)方式，需將轉速信號連接到儀器的外時(shí)鐘輸入端。轉速信號一般為每轉一周期的方波。一個(gè)采樣周期一般包括4個(gè)轉速信號周期：第一個(gè)周期，處理器通過(guò)查詢(xún)方式檢測到外時(shí)鐘信號的上升沿時(shí)使一內部計數器以指定頻率開(kāi)始計數，這個(gè)計數器稱(chēng)為測周期計數器。再次檢測到上升沿時(shí)停止計數。這時(shí)計數器的值即包含了轉速信號的周期信息。第二個(gè)周期內，將這個(gè)值除以N（每周期采樣點(diǎn)數）傳遞給另一個(gè)計數器。第二個(gè)計數器稱(chēng)為觸發(fā)計數器，計數頻率和測周期計數器相同，輸出頻率就是采樣頻率。這時(shí)，采樣頻率就相當于轉速信號的N倍，實(shí)現倍頻。當處理器再次檢測到上升沿時(shí)（第三個(gè)周期），觸發(fā)計數器開(kāi)始計數，輸出的信號觸發(fā)A/D采樣，采集兩個(gè)周期的數據。如此循環(huán)往復。整個(gè)采樣程序的流程圖如圖3所示。

圖3 外觸發(fā)整周期倍頻采樣流程圖

經(jīng)過(guò)倍頻，可以精確實(shí)現每周期采集N個(gè)點(diǎn)，并且平均分布；使用轉速信號上升沿作為采樣開(kāi)始的標志保證了采樣開(kāi)始于每個(gè)周期的起始，結束于每個(gè)周期的結束。每次采樣前先進(jìn)行轉速信號周期測量保證了采樣頻率可以跟隨轉速信號變化，由于大型旋轉機械的慣性和轉加速度的限制，轉子相鄰轉速變化不大，而且在測試處理時(shí)可以預測修正。這些措施嚴格保證了采樣的整周期性，雖然得到的數據是間斷的，但由于其起始和結束相位相同，連接到一起后不會(huì )影響后面的數據分析。

（3）多通道并行無(wú)時(shí)延觸發(fā)方式。多通道巡檢測試通常是分時(shí)逐一完成的，有時(shí)會(huì )引入誤差。在工業(yè)現場(chǎng)進(jìn)行模態(tài)測量時(shí)，無(wú)論一點(diǎn)激勵、多點(diǎn)測量，還是多點(diǎn)激勵、兩點(diǎn)（激勵點(diǎn)和響應點(diǎn)）測量，都要求各測點(diǎn)所測數據是同一時(shí)刻的（沒(méi)有時(shí)延）。例如大型轉子升降速過(guò)程中測試各測點(diǎn)過(guò)臨界轉速的表現，即有這種無(wú)時(shí)延的要求。

為了確保各測點(diǎn)無(wú)時(shí)延，每次采樣前，通過(guò)采樣保持器將各通道狀態(tài)保持住，再令A/D以最快速度對各通道做一次掃描采樣，然后釋放保持，準備下一次掃描測量。這樣采集的數據經(jīng)過(guò)整理后就能獲得各通道的實(shí)際采樣序列。這種觸發(fā)方式以犧牲A/D最高采樣速率的代價(jià)，用一片A/D實(shí)現多通道并行無(wú)延時(shí)采樣，相對于多片A/D并行工作的方式，成本下降很多。