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單片機的存儲器數(shù)據(jù)繪圖設計與實現(xiàn)
摘要: 本文討論了單片機調(diào)試過程中對存儲在RAM或Flash的A/D采樣數(shù)據(jù)進行繪圖處理的技術,彌補了單片機調(diào)試平臺存儲區(qū)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足。以MSP430單片機為例進行了測試,測試結(jié)果表明該設計方法在工程實踐中是可行的,具有較高的實用價值。
Abstract:
Key words :

  本文提出了一種從存儲器導出數(shù)據(jù),并運用MATLAB進行數(shù)據(jù)進制轉(zhuǎn)換、繪圖的方法,繪制的圖形能很好地復現(xiàn)模擬信號源信號,對單片機調(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與數(shù)字信號的橋梁,現(xiàn)有單片機芯片通常都內(nèi)置有ADC模塊,A/D采樣值通常以字節(jié)的形式存儲在片內(nèi)存儲器中。對RAM或Flash中的A/D采樣數(shù)據(jù)繪圖,調(diào)試過程中先在存儲結(jié)束處設置斷點,然后把存儲的數(shù)據(jù)以記事本形式導出到PC,設計MATLAB軟件將記事本中的十六進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制處理,最后繪圖。將繪制圖形和示波器測試模擬源圖形進行比較,檢驗繪制的圖形能否準確地復現(xiàn)原始信號。

 

  2 系統(tǒng)硬件設計

 

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)以MSP430單片機為核心進行設計,該方法對其他16位單片機具有通用性。系統(tǒng)由片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣并存儲到RAM區(qū),然后設置調(diào)試斷點,借助IAR調(diào)試平臺將數(shù)據(jù)以字節(jié)形式存儲至PC,經(jīng)過MATLAB轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù),繪圖分析,并與示波器測量的模擬信號源的波形進行比較。

 

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

  圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

 

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

  ◆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存儲器。

  ◆3個帶比較捕獲功能的16位計數(shù)器、SPI及4個通用串行通信接口。

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

 

  3 系統(tǒng)軟件設計

 

  3.1 A/D采樣存儲程序

  本系統(tǒng)選用A/D模塊設置查詢工作方式,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,采集到的信號沒經(jīng)過處理往往不能直接用,因此對采集到的A/D值進行均值濾波處理,防止采樣值抖動。采樣值每16個值作均值處理,存儲至RAM區(qū)起始地址為3000H的區(qū)域。存儲157個數(shù),數(shù)據(jù)存儲完畢后轉(zhuǎn)入其他數(shù)字信號處理流程。A/D采樣存儲程序流程如圖2所示。

 

  A/D采樣存儲程序流程

  圖2 A/D采樣存儲程序流程

 

  通過IAR調(diào)試平臺運行程序,設置斷點,將存儲到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,即兩個字節(jié)為一個A/D轉(zhuǎn)換值,低字節(jié)在前,高字節(jié)在后。

 

  A/D采樣值格式和繪制圖形

  圖4 A/D采樣值格式轉(zhuǎn)換后繪制圖形

 

  本文提出了一種從存儲器導出數(shù)據(jù),并運用MATLAB進行數(shù)據(jù)進制轉(zhuǎn)換、繪圖的方法,繪制的圖形能很好地復現(xiàn)模擬信號源信號,對單片機調(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與數(shù)字信號的橋梁,現(xiàn)有單片機芯片通常都內(nèi)置有ADC模塊,A/D采樣值通常以字節(jié)的形式存儲在片內(nèi)存儲器中。對RAM或Flash中的A/D采樣數(shù)據(jù)繪圖,調(diào)試過程中先在存儲結(jié)束處設置斷點,然后把存儲的數(shù)據(jù)以記事本形式導出到PC,設計MATLAB軟件將記事本中的十六進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制處理,最后繪圖。將繪制圖形和示波器測試模擬源圖形進行比較,檢驗繪制的圖形能否準確地復現(xiàn)原始信號。

 

  2 系統(tǒng)硬件設計

 

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)以MSP430單片機為核心進行設計,該方法對其他16位單片機具有通用性。系統(tǒng)由片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣并存儲到RAM區(qū),然后設置調(diào)試斷點,借助IAR調(diào)試平臺將數(shù)據(jù)以字節(jié)形式存儲至PC,經(jīng)過MATLAB轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù),繪圖分析,并與示波器測量的模擬信號源的波形進行比較。

 

  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

  圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

 

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

  ◆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存儲器。

  ◆3個帶比較捕獲功能的16位計數(shù)器、SPI及4個通用串行通信接口。

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

 

  3 系統(tǒng)軟件設計

 

  3.1 A/D采樣存儲程序

  本系統(tǒng)選用A/D模塊設置查詢工作方式,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,采集到的信號沒經(jīng)過處理往往不能直接用,因此對采集到的A/D值進行均值濾波處理,防止采樣值抖動。采樣值每16個值作均值處理,存儲至RAM區(qū)起始地址為3000H的區(qū)域。存儲157個數(shù),數(shù)據(jù)存儲完畢后轉(zhuǎn)入其他數(shù)字信號處理流程。A/D采樣存儲程序流程如圖2所示。

 

  A/D采樣存儲程序流程

  圖2 A/D采樣存儲程序流程

 

  通過IAR調(diào)試平臺運行程序,設置斷點,將存儲到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,即兩個字節(jié)為一個A/D轉(zhuǎn)換值,低字節(jié)在前,高字節(jié)在后。

 

  A/D采樣值格式和繪制圖形

  圖4 A/D采樣值格式轉(zhuǎn)換后繪制圖形

 

  3.2 A/D采樣值數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換繪圖程序

  運用MATLAB軟件對數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換并繪圖,繪制的圖形如圖4所示。直接測量模擬信號源的示波器截圖如圖5所示。

 

  直接測量模擬信號源的示波器

  圖5 直接測量模擬信號源的示波器

 

  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)換的值能正確復現(xiàn)原始模擬信號。該設計方法不但彌補了單片機調(diào)試平臺對存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足,而且能縮短單片機系統(tǒng)調(diào)試周期,為后續(xù)數(shù)字信號處理打下了基礎。

 

  結(jié)語

 

  本文討論了單片機調(diào)試過程中對存儲在RAM或Flash的A/D采樣數(shù)據(jù)進行繪圖處理的技術,彌補了單片機調(diào)試平臺存儲區(qū)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足。以MSP430單片機為例進行了測試,測試結(jié)果表明該設計方法在工程實踐中是可行的,具有較高的實用價值。

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