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Windows 95下智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
摘要：提出一種智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用編程簡單、定時分辨率高、工作可靠的單片機定時取代編程繁復、定時分辨率低、工作不可靠的Windows95下的定時。解決了Windows 95環(huán)境下短時間定時不準確的難題，又簡化了用戶的應用程序。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、高效可靠，實現(xiàn)了對信號的高性能采集。引言
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在各行各業(yè)都有廣泛的應用。目前，已有各種各樣高速、高精度、多通道的數(shù)據(jù)采集卡問世。計算機通過卡上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采入數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示等工作。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，
Windows 95/98平臺下的應用程序已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集與處理軟件開發(fā)的主流。
用于數(shù)據(jù)采集的常規(guī)Windows定時順又存在著嚴重的不足。首先，常規(guī)Windows定時器的定時分辨率低。定時器每隔55ms中斷1次，相當于最高采樣頻率僅為18.2Hz。對由于Windows 95/98下的應用程序無法直接與硬件打交道，不能通過對定時中斷重新安裝的方法改變定時時間長度。如此低的采樣頻率對于絕大多數(shù)的信號采集與處理都是不適合的，必須尋找能以更高頻率采集的方法。
其次，Windows系統(tǒng)是一個多任務操作系統(tǒng)，它是基于消息來驅(qū)動事件的。定時器消息WMTIMER在串行消息隊列中的優(yōu)先級別很低，往往得不到及時響應，甚至消息隊列中的幾個未及時處理的定時器消息會被合并為一個；而應用程序無法確定由于這種處理而丟失的消息數(shù)，使實際的采樣間隔不均勻。
針對以上問題，人們想出了很多方法予以解決。目前常用的方法都是在PC機上編程，一般來講有以下3種方法：
（1）在Windows應用程序中，
使用普通C語言中常用的函數(shù)delay()[2,3]。
delay()是C語言中常用的延延、定時函婁。使用delay()，最高采樣率可達1kHz，但delay()與多任務的Windows操作系統(tǒng)不兼容。在Windows應用程序中直接使用delay()會發(fā)生編譯警告和連接錯誤。可以通過程序中顯示說明函數(shù)delay（）原型并在Windows庫中包含DELAY模塊的方法去除這一錯誤，從而可以在Windows應用程序中，像普通C程序一樣使用delay()。然而，這種用軟件等待的方法，對于主機的資源來講是一個極大的浪費。
（2）使用Windows多媒體定時器的回調(diào)函數(shù)[4,5]
Windows多媒體定時器可以通過函數(shù)timeBeginPeriod來設(shè)置定時器分辨率，其分辨率最小為1ms，最大為16ms。這一分辨率代表了60～1000Hz的采樣率，可以滿足一般信號對采樣率的要求。而且多媒體定時器采用中斷完成定時服務，在中斷時刻調(diào)用1個回調(diào)函數(shù)，而不是向消息隊列發(fā)送WM_TIMER信息。在應用程序中，使用Windows多媒體定時器并不容易，必須遵循嚴格的步驟。在使用回調(diào)函數(shù)的趕集，在中斷服務程序和用戶主程序之間，要進行數(shù)據(jù)的共享，給編程和調(diào)試帶來不便。程序的穩(wěn)健性也會受到影響。在定時時間較短時，主機負荷過重。
（3）實時鐘定時[6]
實時鐘芯片在基準頻率作用下驅(qū)動內(nèi)部時鐘電路工作，同時可通過對內(nèi)部寄存器A（D3～D0）編程，選擇22分頻輸出信號頻率。實時鐘周期性地輸出方波和周期中斷請求信號（該中斷請求連到IRQ8），從而為程序中實現(xiàn)時間控制提供了另一條途徑。同時，在Windows機制中，使用優(yōu)先級高于一般的任務級，而等于系統(tǒng)級的VxD編制驅(qū)動程序，
可以保證驅(qū)動程序在運行時享有最高優(yōu)先權(quán)，在進行硬件設(shè)備的管理、控制時不會被其他任務所中斷，充分保證了驅(qū)動程序返還給用戶的數(shù)據(jù)是完全真實的值。而且可以直接對硬件進行訪問，因而通過編寫VxD直接管理實時鐘中斷，定時分辨率更高。但VxD對調(diào)試者的編程水平要求較高，稍有不慎，很容易出現(xiàn)異常錯誤或死機。
不難看出，直接在PC機上編程解決定時問題要求調(diào)試者有較高的編程水平，程序調(diào)試困難，可靠性差。
為此，我們設(shè)計了一套智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用單片機89C51作為中央處理單元，控制模/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、外部數(shù)據(jù)存儲器等外圍設(shè)備，進行數(shù)據(jù)的定時采集和預處理。通過絕大多數(shù)電腦都具備的并行口作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計算機的接口，與PC機進行數(shù)據(jù)傳輸。由單片機管理定時采樣和進行部分信號預處理工作，解決了Windows 95下定時采樣的問題，減徑了PC機方面編程的工作量，使應用程序可以精力進行數(shù)據(jù)采集后的處理工作。
智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖如圖1所示。信源信號經(jīng)放大濾波后進入A/D轉(zhuǎn)換器。單片機以一定的采集率在定時中斷內(nèi)讀取A/D轉(zhuǎn)換器的輸出，送入RAM中暫存，在定時斷外則將RAM中存儲的數(shù)據(jù)不斷經(jīng)并口送入PC機。PC機中的應用程序由并口接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對其進行數(shù)據(jù)處理和顯示。
1.單片機與主機間的并口通信
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，微機的并行口發(fā)生了很大的變化，由原來的只能打印，即只能向外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)展成為可以在微機與外設(shè)之間進行雙向、快速交換數(shù)據(jù)的雙向并行接口。利用雙向并行口使得PC機能與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的單片機之間以異步的、全互鎖的雙向并行方式通信。它能減少用戶交互地操作外部設(shè)備的次數(shù)，以更高的傳輸速率完成數(shù)據(jù)傳送。
并口通信硬件部分原理如圖2所示，軟件部分流程圖如圖3所示。
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