單片機(jī)的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)繪圖設(shè)計(jì)

本文提出了一種從存儲(chǔ)器導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并運(yùn)用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換、繪圖的方法，繪制的圖形能很好地復(fù)現(xiàn)模擬信號(hào)源信號(hào)，對(duì)單片機(jī)調(diào)試分析具有一定幫助。

1 理論分析

A/D轉(zhuǎn)換器是連接模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的橋梁，現(xiàn)有單片機(jī)芯片通常都內(nèi)置有ADC模塊，A/D采樣值通常以字節(jié)的形式存儲(chǔ)在片內(nèi)存儲(chǔ)器中。對(duì)RAM或Flash中的A/D采樣數(shù)據(jù)繪圖，調(diào)試過程中先在存儲(chǔ)結(jié)束處設(shè)置斷點(diǎn)，然后把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以記事本形式導(dǎo)出到PC，設(shè)計(jì)MATLAB軟件將記事本中的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制處理，最后繪圖。將繪制圖形和示波器測(cè)試模擬源圖形進(jìn)行比較，檢驗(yàn)繪制的圖形能否準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)原始信號(hào)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)以MSP430單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方法對(duì)其他16位單片機(jī)具有通用性。系統(tǒng)由片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)到RAM區(qū)，然后設(shè)置調(diào)試斷點(diǎn)，借助IAR調(diào)試平臺(tái)將數(shù)據(jù)以字節(jié)形式存儲(chǔ)至PC，經(jīng)過MATLAB轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù)，繪圖分析，并與示波器測(cè)量的模擬信號(hào)源的波形進(jìn)行比較。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)采用TI公司的單片機(jī)MSP430F5438作為本系統(tǒng)的核心，其特點(diǎn)如下：

◆精簡指令集CPU內(nèi)核。

◆12位的片上SAR ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率最高為200 kbps。

◆16 KB內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM和256 KB Flash存儲(chǔ)器。

◆3個(gè)帶比較捕獲功能的16位計(jì)數(shù)器、SPI及4個(gè)通用串行通信接口。

◆功耗低，活動(dòng)模式下達(dá)165μA@8 MHz，多種節(jié)電休眠和停機(jī)方式。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 A/D采樣存儲(chǔ)程序

本系統(tǒng)選用A/D模塊設(shè)置查詢工作方式，采樣率配置為4 ksps，轉(zhuǎn)換分辨率為12位，內(nèi)部參考電壓為2.5 V。由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，采集到的信號(hào)沒經(jīng)過處理往往不能直接用，因此對(duì)采集到的A/D值進(jìn)行均值濾波處理，防止采樣值抖動(dòng)。采樣值每16個(gè)值作均值處理，存儲(chǔ)至RAM區(qū)起始地址為3000H的區(qū)域。存儲(chǔ)157個(gè)數(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢后轉(zhuǎn)入其他數(shù)字信號(hào)處理流程。A/D采樣存儲(chǔ)程序流程如圖2所示。

圖2 A/D采樣存儲(chǔ)程序流程

通過IAR調(diào)試平臺(tái)運(yùn)行程序，設(shè)置斷點(diǎn)，將存儲(chǔ)到RAM的數(shù)據(jù)以記事本文件存入PC，數(shù)據(jù)格式如圖3所示。數(shù)據(jù)以字格式存儲(chǔ)，即兩個(gè)字節(jié)為一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換值，低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。

3.2 A/D采樣值數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換繪圖程序

運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換并繪圖，繪制的圖形如圖4所示。直接測(cè)量模擬信號(hào)源的示波器截圖如圖5所示。

圖5 直接測(cè)量模擬信號(hào)源的示波器

通過比較圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過A/D采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的值能正確復(fù)現(xiàn)原始模擬信號(hào)。該設(shè)計(jì)方法不但彌補(bǔ)了單片機(jī)調(diào)試平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足，而且能縮短單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試周期，為后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理打下了基礎(chǔ)。

結(jié)語

本文討論了單片機(jī)調(diào)試過程中對(duì)存儲(chǔ)在RAM或Flash的A/D采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖處理的技術(shù)，彌補(bǔ)了單片機(jī)調(diào)試平臺(tái)存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足。以MSP430單片機(jī)為例進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方法在工程實(shí)踐中是可行的，具有較高的實(shí)用價(jià)值。