第三章 数据采集常用程序设计

第三章数据采集常用程序设计

数据采集和处理是计算机在生产过程中应用的基础，任何计算机检测及控制系统都离不开信息的采集、处理及存储。两种典型的系统：

生产过程控制系统——工况数据采集、数据处理、决策输出、驱动执行机构；

检测监控系统——工况数据采集、数据处理、显示或描绘成曲线；

我们已经介绍过数据采集的硬件结构，本章主要介绍数据采集中一些常用的程序设计。

第一节计算机数据采集系统

一、计算机数据采集系统的任务

在现代冶金、化工、石油、电力等工业生产过程中，往往需要对大量的过程参数进行监视和测量。计算机数据采集系统的任务，就是要对生产现场的过程参数定时进行检测、记录、存储、处理、打印报表、显示及超限报警。其结构如图3－1所示。

图3－1 计算机采集系统结构图

二、计算机数据采集系统的优点

计算机数据采集系统的优点：灵活、方便、速度快、判断能力强、图形功能强。如在化工生产中，

（1）用不同的色彩，代表不同的管线中的流质；

（2）在测量点上，显示温度和压力的设定值、测量值、误差值；

（3）超限时用红灯闪烁表示，并发出报警声；

（4）可以由历史数据，生成历史趋势图、各种报表。

——注：虚拟仪器LabView和LabWindows中，有各种典型的按钮、开关、测量仪器，

可以刻度、曲线、表格、棒状图等多种显示数据。该开发平台是图形化编程，适合工程人员使用。

三、计算机数据采集常用程序

计算机数据采集中的常用程序，包括中断、定时器、采样、看门狗、判断、上下限报警、LED数码管显示、小型行列式键盘控制等。

以数字信号处理器TMS320C24X为例，介绍常用的中断、定时、采样、看门狗的程序设计知识；以单片机MCS-51系列为例，介绍判断程序设计。

第二节中断程序设计

一、中断分类

图3－2 中断分类图

从中断的来源看，分为硬件中断和软件中断；从中断是否可屏蔽来看，分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。

1、硬件中断和软件中断

硬件中断是由DSP的硬件所产生的中断，可由DSP的外部中断引脚（6个）产生，也可由DSP自身的外围设备产生（如定时器、A/D转换器、串行通信接口）。

软件中断是由DSP的指令产生的，如INTR、TRAP、RESET等。

2、可屏蔽中断和不可屏蔽中断

（1）可屏蔽中断：可以用软件来屏蔽或者使能的硬件和软件中断。

（2）不可屏蔽中断：中断不能够被屏蔽，DSP总是响应的中断。

二、中断优先级和向量地址

1、优先级

DSP的所有中断被赋予1～10的优先级（1为最高级）。当有多于1个的中断被挂起等待响应时，中断按照优先级别从高到低依次被响应。

所有的软件中断和硬件中断，都对应于某一个优先级。

2、向量地址

在DSP中有专门的I/0空间，存在着一系列中断向量地址，每一个优先级都对应相应的中断向量地址。

中断向量地址为两个字长，可存储跳转指令。当中断到来时，中断向量地址被加载到程序计数器，从而获取跳转指令，跳转到相应的中断处理子程序。

三、相关的寄存器

1、中断屏蔽寄存器（IMR）

IMR包含所有可屏蔽中断的屏蔽位，用于设置和读取中断的屏蔽状态。

(1)读IMR寄存器可以识别出已被屏蔽或未被屏蔽的中断。

(2)为了能够响应中断，把IMR相应位设置为1；屏蔽中断时，把IMR相应

位设置为0。

(3)复位时，IMR所有位都被设置为0，屏蔽掉所有可屏蔽的中断

2、中断标志寄存器（IFR）

IFR中包含所有可屏蔽中断的标志位，可以识别和清除有效的中断。

当一个可屏蔽中断被请求时，IFR的相应的标志位被置1，指示中断正在被挂起或者等待响应（不论是否被CPU响应）；当中断未被屏蔽时，如果IFR的相应位是1，则该中断将被CPU响应。

下列情况中断标志都将被清除：

（1）系统复位

（2）中断得到处理

（3）把1写到IFR的相应位，使其变成0，即可清除尚未处理完的中断

四、中断操作步骤

1、初始化

设置中断屏蔽寄存器IMR，开启需要的中断，屏蔽不需要的中断；

2、接收中断

当硬件或软件指令产生中断请求时，IFR寄存器中相应的中断标志位被置位；

3、响应中断

(1)CPU根据中断屏蔽寄存器的设置，决定是否响应中断；

(2)若允许响应中断，CPU根据中断标志寄存器的标志位，装载中断向量地址；

(3)从中断向量地址存储的跳转指令，跳转到相应的中断服务子程序；

(4)执行中断服务程序（需考虑保存、恢复寄存器的数据）。

蓝色的表示自己需要编写程序

第三节定时器程序设计

可采用软件方式和硬件方式，达到定时的目标。

一、软件定时程序

依据：

1、执行指令需要时间；

2、如果知道CPU的时钟频率，就可

以计算出每一条指令的所需时

间；

3、通过内循环次数、外循环次数、

指令数，可以计算出定时时间

图3－3 软件定时程序流程图

二、硬件定时程序

TMS320C24X有三个通用定时器Tx（x=1、2、3），能够独立使用，自动计数。

1、时钟

（1） CPU时钟：最重要的时钟，决定CPU的指令周期，由专门的时钟源产生；（2）通用定时器时钟：可由CPU时钟分频获得；

2、控制寄存器

（1）时钟控制寄存器（CKCR）

通过设置CKCR决定CPU的时钟模式，可以直接使用外部时钟、或者倍频外部时钟。

（2）定时器控制器（TxCON，x=1、2、3）

每个定时器都有一个控制器，可以设置该定时器的时钟频率（对CPU时钟分频）和计数模式。

（3）比较寄存器（CMPRx，x=1、2、3）

存储着设定的计数值，当通用定时器的数值和比较寄存器相等时，将产生中断事件。

3、通用定时器Tx的计数模式（6种）

图3－4 计数模式示意图

（1）停止/保持模式

通用定时器的操作停止，保持当前状态。

（2）单增模式

通用定时器按照规定频率的输入时钟计数，直到定时计数器的值与比较寄存器的值匹配为止。匹配之后的下一个输入时钟的上升沿，通用定时器复位为0并且禁止继续计数。

（3）连续增模式

通用定时器按照规定频率的输入时钟计数，直到定时计数器的值与比较寄存器的值匹配。匹配之后的下一个输入时钟的上升沿，通用定时器复位为0，重复上述操作。

（4）定向增/减模式

由引脚TMRDIR来确定计数方向。

当TMRDIR保持高时，通用定时器将增计数，直到计数值与比较寄存器的值