基于ISA總線與KH-9300的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1 引言
    該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用硬中斷方式，通過(guò)對(duì)KH-9300板卡上的8254定時(shí)器和8259中斷控制器編程定時(shí)觸發(fā)中斷并對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)中每隔1 s采集1次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集卡第0和1號(hào)通道采用串行方式并使用板卡上的內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)，第2、3、4、5號(hào)通道輸人外部計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)。所有通道采用內(nèi)部門控信號(hào)。當(dāng)串行的第0～1通道計(jì)數(shù)滿時(shí)，就向板卡上的8259中斷控制器的IN1引腳發(fā)出中斷指令。通過(guò)8259中斷控制器向計(jì)算機(jī)內(nèi)的8259A的中斷引腳(這里設(shè)計(jì)為第5號(hào)中斷引腳)發(fā)出中斷指令。CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，執(zhí)行中斷程序，對(duì)板卡上第2、3、4、5號(hào)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并把采集后的數(shù)據(jù)寫入文件。

2 板卡及8254定時(shí)、計(jì)數(shù)常數(shù)的設(shè)置
    時(shí)鐘跳線的設(shè)置：0號(hào)通道選內(nèi)部時(shí)鐘，0和1兩通道級(jí)聯(lián)，2～5號(hào)通道接外部脈沖，選外部時(shí)鐘。門控跳線設(shè)置為所有通道都選內(nèi)部門控；基地址設(shè)置為280H；中斷號(hào)設(shè)置為INT5(中斷向量號(hào)為13)；內(nèi)部時(shí)鐘頻率設(shè)置為2 MHz。
    (1)定時(shí)常數(shù)的計(jì)算 定時(shí)系數(shù)=要求定時(shí)的時(shí)間／時(shí)鐘脈沖的周期。若定時(shí)的時(shí)間為1 s，內(nèi)部時(shí)鐘頻率為2 MHz。則時(shí)鐘脈沖的周期為1 s／2 MHz=0．5μs，定時(shí)系數(shù)為1s/0.5 μs=2×106=2 000 000。由于8254定時(shí)計(jì)數(shù)器6個(gè)通道為16位減計(jì)數(shù)器，每個(gè)通道計(jì)數(shù)值最大為216-1=65 535<2 000 000。所以必須采用2個(gè)通道計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)中將第0通道和第1通道串聯(lián)。由2×106=1 000×2×103，則定時(shí)系數(shù)：第0通道為2 000，第1通道為1 000。
    (2)計(jì)數(shù)通道的初始化 計(jì)數(shù)通道常數(shù)設(shè)置為最大值：FFFFH。最大計(jì)數(shù)頻率為65 535 Hz／s。
    (3)計(jì)數(shù)累計(jì)脈沖量計(jì)算 計(jì)數(shù)累計(jì)脈沖量=FFFFH-計(jì)數(shù)器本次讀數(shù)。

3 用Turbo C編寫中斷服務(wù)程序的方法
    C語(yǔ)言中斷服務(wù)程序可由3部分實(shí)現(xiàn)。即編寫中斷服務(wù)程序、安裝中斷服務(wù)程序、激活中斷服務(wù)程序。

    (1)編寫中斷服務(wù)程序由于產(chǎn)生中斷時(shí)，必須保留被中斷程序中斷時(shí)的一些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，即保存斷點(diǎn)，這些值都在寄存器中，以便恢復(fù)中斷時(shí)使這些值復(fù)原。以繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。 Turbo C為此提供一種新的函數(shù)類型：inter-rupt，它將保存由該類型函數(shù)所指寄存器的值，而在退出該函數(shù)時(shí)，再?gòu)?fù)原這些寄存器的值，因而用戶的中斷服務(wù)程序必須定義成該類型的函數(shù)，如中斷服務(wù)程序名為myp，則可將這個(gè)函數(shù)說(shuō)明為：
    Void interrupt myp(unsigned bp,unsigned di，unsigned si，unsigned ds，unsigned es，unsigned dx，unsigned cx，unsignedbx，unsigned ax，unsiged ip，unsigned cs，unsigned flags)
    小模式下程序只有1段，在中斷服務(wù)程序中用戶可像用無(wú)符號(hào)整數(shù)變量一樣使用這些寄存器。若中斷服務(wù)程序中不使用上述寄存器，則可不寫這些寄存器參數(shù)，而寫為：

  
    對(duì)于硬件中斷，則在中斷服務(wù)程序結(jié)束前要將中斷結(jié)束命令字送至系統(tǒng)的中斷控制寄存器，其端口地址為0x20，中斷結(jié)束命令字也為0x20,即outportb(0x20,0x20)。
    在中斷服務(wù)程序中，若不允許別的優(yōu)先級(jí)較高的中斷打斷它，則要禁止中斷，可用函數(shù)disable()來(lái)關(guān)閉中斷。若允許中斷，則可用開中斷函數(shù)enable()來(lái)開啟中斷。
    (2)安裝中斷服務(wù)程序定義中斷服務(wù)程序后，還需將這個(gè)函數(shù)的人口地址填人中斷向量表中，以便產(chǎn)生中斷時(shí)程序能轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序去執(zhí)行。為防止正在改寫中斷向量表時(shí)，又產(chǎn)生別的中斷而導(dǎo)致程序混亂，可先關(guān)閉中斷，待改寫完成后，再開啟中斷。

  
    其中faddr是中斷服務(wù)程序的入口地址，其函數(shù)名代表入口地址，而inum表示中斷類型號(hào)，setvect()函數(shù)設(shè)置中斷向量，上述定義的install()函數(shù)將完成把中斷服務(wù)程序入口地址填入中斷向量inum中。
    (3)中斷服務(wù)程序的激活對(duì)于硬件中斷，在相應(yīng)的中斷請(qǐng)求線(IRQi，i=0，1，2，…，7)產(chǎn)生一個(gè)由低到高的中斷請(qǐng)求電平，這個(gè)過(guò)程必需由接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)電平可用程序控制實(shí)現(xiàn)，如發(fā)命令outportb(端口地址，命令)。然后程序等待中斷，當(dāng)中斷產(chǎn)生時(shí)，便去執(zhí)行中斷。
    (4)恢復(fù)被修改的中斷向量為在主程序結(jié)束后，恢復(fù)原來(lái)的中斷向量以指向原中斷服務(wù)程序，在主程序開始時(shí)，存下原中斷向量的內(nèi)容，用getvect()實(shí)現(xiàn)，如j=(char*)getvect(0x1c)，這樣指針變量中將是0xlc中斷程序的入口地址，當(dāng)主程序結(jié)束時(shí)，可恢復(fù)原來(lái)的中斷服務(wù)入口地址，可用setvect(0x1c，i)，也可用install()函數(shù)再次安裝。

4 程序設(shè)計(jì)
4．1 程序說(shuō)明
    程序主要分為主程序和中斷處理子程序2部分。其中主要程序是采用 I／O接口的輸入輸出函數(shù)進(jìn)行初始化。包括設(shè)置KH-9300定時(shí)計(jì)數(shù)器8254和中斷控制器8259的工作方式、初值、開中斷、觸發(fā)方式，對(duì)計(jì)算機(jī)的 8259開中斷等。在主程序的最后把采集的通道數(shù)據(jù)寫入文件。而中斷處理子程序是由CPU在每次接到IRQ5中斷請(qǐng)求信號(hào)后立即執(zhí)行，主要作用是把KH- 9300卡的第2、3、4、5號(hào)通道的計(jì)數(shù)值采集到程序的變量中。主程序和中斷處理子的程序流程分別如圖1、圖2所示。

4．2 編程注意事項(xiàng)
    (1)不要用任何DOS功能調(diào)用，避免DOS重入。盡量避免使用與屏幕相關(guān)、檢查狀態(tài)、讀鍵盤及任何磁盤I／O子程序：避免使用浮點(diǎn)(實(shí)數(shù))運(yùn)算。中斷服務(wù)程序中所調(diào)用函數(shù)盡量是BIOS級(jí)庫(kù)函數(shù)；(2)中斷程序執(zhí)行的時(shí)間應(yīng)盡可能的短。若 ISR中消耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在完成一次運(yùn)行前有可能被再次調(diào)用，導(dǎo)致系統(tǒng)被掛起。(3)控制變量可以是全局變量，也可通過(guò)寄存器變量傳遞給interrupt 函數(shù)；(4)若實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)中斷響應(yīng)速度要求較高，可采用嵌入?yún)R編技術(shù)。
4．3 程序調(diào)試結(jié)果
    圖3為調(diào)試結(jié)果。圖3中每1行后4個(gè)數(shù)據(jù)為每1 s所采集的4通道數(shù)據(jù)，第1列是第幾次采集，即第幾秒采集，后4列是第2、3、4、5通道所采集的數(shù)據(jù)。因此采集的數(shù)據(jù)具有較高穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)
    從程序調(diào)試數(shù)據(jù)可看出，采集到的數(shù)據(jù)具有很高的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可方便組成連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或其他需要記錄脈沖的系統(tǒng)。同時(shí)利用Turbo C可方便的控制其端口和硬件中斷。