基于單片機的高精度海量數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)

摘要：為滿足在某些惡劣實驗環(huán)境條件下數(shù)據(jù)的高精度采集。海量存儲以便事后分析的需要，設(shè)計出了以MSP430F1611單片機為主控單元，采用16位高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1146實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；利用大容量TF存儲卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量存儲，并通過并口轉(zhuǎn)USB芯片及相應的上位機軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳以便進行事后分析。目前，該數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)已在相關(guān)實驗項目中得到應用，并獲得了良好穩(wěn)定的實驗結(jié)果。

　　0 引言

　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是各種數(shù)字處理器件處理速度的提高，實現(xiàn)海量實時數(shù)據(jù)處理已成為現(xiàn)實。但是，在一些惡劣實驗環(huán)境條件下，數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)實時處理，仍需用到存儲測試的方法。

　　存儲測試是指在對被測對象無影響或影響在允許范圍條件下，在被測體內(nèi)置入微型存儲測試系統(tǒng)，現(xiàn)場實時完成數(shù)據(jù)采集與存儲，事后對存儲器進行回收，由上位機處理和再現(xiàn)被測信息的一種動態(tài)測試技術(shù)。

　　針對具體情況，本文設(shè)計出了基于MSP430F1611單片機高精度海量數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)以MSP430F1611單片機為主控單元，采用16位高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS1146 以及2 GB 容量的TF 存儲卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高精度采集與指定塊存儲；上位機與單片機之間通過并口轉(zhuǎn)USB 芯片F(xiàn)T245 相連接，其中TF 存儲卡指定塊數(shù)據(jù)的讀取以及塊數(shù)據(jù)的擦除操作均是由采用Lab-

　　VIEW 編寫的上位機程序所完成。因此，用戶可以在某些惡劣實驗環(huán)境下簡單方便地完成海量高精度數(shù)據(jù)的采集存儲以及事后處理。同時系統(tǒng)具有大容量。高精度。低功耗以及體積小的特點。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1 單片機基本系統(tǒng)

　　單片機基本系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，它完成整個系統(tǒng)的信號處理和協(xié)調(diào)控制。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，它的主要工作是上電之后進行初始化操作，設(shè)置采樣周期，啟動A/D采樣電路，讀取采樣數(shù)據(jù)，并將其臨時存儲在自身的RAM 存儲區(qū)中，當存儲的數(shù)據(jù)達到一定量時將其存入指定的TF存儲卡數(shù)據(jù)塊中；數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的讀取指令時即將相應塊數(shù)據(jù)上傳至上位機并存儲為指定類型的轉(zhuǎn)向文件；此外上位機向單片機發(fā)送TF存儲卡擦除指令時，在用戶界面會彈出是否確認擦除指定塊對話框以再次確定所需擦出的塊從而防止誤擦除。

　　本系統(tǒng)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，如定時器A，B（timer A，timer B），48 個可編程I/O，以及串口0，1（UART0，1），因此能較好地滿足系統(tǒng)設(shè)計需求。

　　1.2 A/D采樣電路

　　選擇16 位高精度A/D 轉(zhuǎn)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，通過初始化相應寄存器設(shè)置其數(shù)據(jù)傳輸速率以及可編程增益放大器的增益值，此時即可編程檢測P3.1 引腳是否為低電平，如果為低，則向單片機U0TXBUF 寄存器寫入0001 001X，啟動單次讀RDATA模式，接著再向單片機U0TXBUF 寫入兩個NOP 指令，同時將本次操作單片機所得到的U0RXBUF 高字節(jié)數(shù)據(jù)MSB放入事先定義好的整型數(shù)據(jù)的高8位，將其低字節(jié)數(shù)據(jù)LSB放入該整型數(shù)據(jù)的低8位。