基于單片機的高精度海量數據采集與存儲系統

摘要：為滿(mǎn)足在某些惡劣實(shí)驗環(huán)境條件下數據的高精度采集。海量存儲以便事后分析的需要，設計出了以MSP430F1611單片機為主控單元，采用16位高精度A/D轉換芯片ADS1146實(shí)現數據采集；利用大容量TF存儲卡實(shí)現數據的海量存儲，并通過(guò)并口轉USB芯片及相應的上位機軟件實(shí)現數據上傳以便進(jìn)行事后分析。目前，該數據采集存儲系統已在相關(guān)實(shí)驗項目中得到應用，并獲得了良好穩定的實(shí)驗結果。

　　0 引言

　　隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，特別是各種數字處理器件處理速度的提高，實(shí)現海量實(shí)時(shí)數據處理已成為現實(shí)。但是，在一些惡劣實(shí)驗環(huán)境條件下，數據無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)處理，仍需用到存儲測試的方法。

　　存儲測試是指在對被測對象無(wú)影響或影響在允許范圍條件下，在被測體內置入微型存儲測試系統，現場(chǎng)實(shí)時(shí)完成數據采集與存儲，事后對存儲器進(jìn)行回收，由上位機處理和再現被測信息的一種動(dòng)態(tài)測試技術(shù)。

　　針對具體情況，本文設計出了基于MSP430F1611單片機高精度海量數據采集與存儲系統。該系統以MSP430F1611單片機為主控單元，采用16位高精度A/D轉換芯片ADS1146 以及2 GB 容量的TF 存儲卡實(shí)現數據的高精度采集與指定塊存儲；上位機與單片機之間通過(guò)并口轉USB 芯片FT245 相連接，其中TF 存儲卡指定塊數據的讀取以及塊數據的擦除操作均是由采用Lab-

　　VIEW 編寫(xiě)的上位機程序所完成。因此，用戶(hù)可以在某些惡劣實(shí)驗環(huán)境下簡(jiǎn)單方便地完成海量高精度數據的采集存儲以及事后處理。同時(shí)系統具有大容量。高精度。低功耗以及體積小的特點(diǎn)。

　　1 系統設計

　　1.1 單片機基本系統

　　單片機基本系統是整個(gè)控制系統的核心，它完成整個(gè)系統的信號處理和協(xié)調控制。其結構框圖如圖1所示，它的主要工作是上電之后進(jìn)行初始化操作，設置采樣周期，啟動(dòng)A/D采樣電路，讀取采樣數據，并將其臨時(shí)存儲在自身的RAM 存儲區中，當存儲的數據達到一定量時(shí)將其存入指定的TF存儲卡數據塊中；數據采集存儲完畢后，將單片機與上位機相連接，當接收到上位機發(fā)送的TF存儲卡塊數據的讀取指令時(shí)即將相應塊數據上傳至上位機并存儲為指定類(lèi)型的轉向文件；此外上位機向單片機發(fā)送TF存儲卡擦除指令時(shí)，在用戶(hù)界面會(huì )彈出是否確認擦除指定塊對話(huà)框以再次確定所需擦出的塊從而防止誤擦除。

　　本系統中心控制單元選擇TI公司生產(chǎn)的16位低功耗單片機MSP430F1611［5］？該芯片工作電壓范圍為1.8~3.6 V，具有48 KB+256 B的FLASH MEMORY 以及10 KB 的RAM，豐富的片上外圍模塊，如定時(shí)器A，B（timer A，timer B），48 個(gè)可編程I/O，以及串口0，1（UART0，1），因此能較好地滿(mǎn)足系統設計需求。

　　1.2 A/D采樣電路

　　選擇16 位高精度A/D 轉換芯片ADS1146，其與單片機的連接電路如圖2所示。

　　ADS1146與單片機之間選擇為三線(xiàn)SPI通信模式，即單片機P3.1~P3.3 引腳選擇為第二功能：SIMO0，SOMI0和UCLK0，通過(guò)初始化相應寄存器設置其數據傳輸速率以及可編程增益放大器的增益值，此時(shí)即可編程檢測P3.1 引腳是否為低電平，如果為低，則向單片機U0TXBUF 寄存器寫(xiě)入0001 001X，啟動(dòng)單次讀RDATA模式，接著(zhù)再向單片機U0TXBUF 寫(xiě)入兩個(gè)NOP 指令，同時(shí)將本次操作單片機所得到的U0RXBUF 高字節數據MSB放入事先定義好的整型數據的高8位，將其低字節數據LSB放入該整型數據的低8位。