1 引 言
在科学研究及其他各种领域中，数据收集和监测已经成为日益重要的检测技能。
在许多工业测控机械、医疗仪器以及消费电子产品中，都对数据收集体系的实时性与功耗提出了更高的要求：即在满意微功耗、微型化的整体规划准则的基础上，又要能实时反映现场收集数据的改动。这就对体系的功耗、采样速度、数据存储和传输速度等提出了更高的要求。但是，跟着半导体与微操控器技能的飞速发展，各种微电子器材功用不断进步，功耗却不断下降。技能的前进使得高速度、低功耗的数据收集体系得以完结。
本文规划的数据收集与显现体系选用TI公司研制的MSP430系列超低功耗单片机作为中心操控元件，完结了数据的高速收集与显现。
体系首要特色：
功耗低 一切器材均选用低功耗器材全速作业时，整体功率小到1W。
速度高 因为单片机内置DMA操控器，能够明显进步体系的速度。
2 体系硬件结构
体系在统筹本钱的一起，尽量选用集成度高、功耗低、速度快的器材。体系结构如图1所示。
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中心选用MSP430F169单片机，MSP430系列单片机是TI公司研制的16位超低功耗单片机，十分合适各种功率要求低的场合。 MSP430F169单片机悉数单周期指令，速度高，内部自带的12化A／D和DMA操控单元能够别离为体系采样电路和数据传输部分选用，使得体系的硬件 电路愈加集成化、小型化。
体系的显现部分选用点阵式LCD，完结对现场收集数据波形的实时监测。LCD选用最新COG技能的点阵式单色是非LCD，3.3 V 作业电压，内部自带显现操控器。他的特色是体积小，厚度仅为2 mm；功耗低，不用时可进入睡觉形式；速度快，指令操作周期＜1 μs；外围电路简略，只须外接几个%&&&&&%即可，特别合适于数字化外表、便携式外表及智能化家电和嵌入式使用体系中，他的中心操控器选用三星公司的 S6B0724芯片，能够直接与单片机进行8位并行或串行通讯，具有很高的爽活性。
3 体系各模块介绍及软件规划
限于篇幅，仅对体系几个首要模块的功用与作业进程做介绍。
3.1 A／D模块及其子程序规划
MSP430F169内部的ADC12模块能够完结12位精度的模数转化，具有高速和通用的特性。其首要特色有：12位转化精度；内置采样与坚持电路；有多种时钟源可供给给ADC12模块，且模块自身内置时钟发生器；内置温度传感器；配有8路外部通道与4路内部通道；内置参阅电源，且参阅电压有6种可编程的组合；模数转化有4种形式，可灵敏使用以节约软件量及时刻；能够封闭ADC12模块以节约体系能耗。
本次试验ADC12时钟源挑选为MCLK=8 MHz，采样频率最大能够到达200k／s，选用单通道屡次转化形式。限于篇幅，仅给出ADC12初始化子程序：
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3.2 DMA模块及其程序规划
DMA(Direct Memory Access)是直接存储器拜访的意思。DMA操控器不需要CPU的干涉即可供给最先进的可装备的数据传输才能，然后能够解放CPU，使其不是将更多的时 间糟蹋在等候上，而是将更多的时刻用于处理数据。DMA操控器可在内存与内部及外部硬件之间进行准确的传输操控。DMA消除了数据传输延迟时刻以及CPU 等候等各种开支，然后进步了MCU使用率，使信号处理才能更强。
MSP430F169的DMA操控器具有如下特性：
(1)具有3个独立的DMA通道。
(2)能够装备通道的优先权。
(3)每个字／字节传送只需要2个MCLK时钟周期。
(4)字节和字能够混合传送：字节到字节、字节到字、字到字节、字到字。
(5)可装备多种触发源。
(6)可装备DMA触发方法：边缘触发或电平触发。
(7)4种寻址形式：固定地址到固定地址、固定地址到块地址、块地址到固定地址、块地址到块地址。
当A／D在单通道上执行时，ADC12IFGx标志置位标明转化完毕继而触发DMA操作，一起将A／D转化后的数据存储到界说在RAM中的数组r_data[]。选用DMA通道0进行数据传输时的初始化程序如下所示：
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3.3 单片机与LCD的接口规划
因为此CPU与LCD均采为3.3 V 作业电压，因而单片机与LCD之间的接口不存在电平匹配问题，因为显现器只需要承受指令，所以不需要大功率驱动，因而单片机能够直接与LCD衔接。单片机 I／O引脚丰厚，为了进步显现速度，选用并行接口，单片机的P4口与P5口的三根线别离作为数据线和操控线与LCD相衔接，接口电路如图2所示。
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LCD接口是一种使命寄存器结构，一切输入输出操作均经过读写相应寄存器来完结。按功用分为操控寄存器和数据寄存器，经过读写操控寄存器，操控显现器作业 的方法与显现方法等。数据寄存器是单片机与LCD进行数据交换的寄存器，用以改动LCD中显存的内容，然后改动终究显现的内容。
软件初始化流程图如图3所示。
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3.4 图形显现程序规划
为了确保显现的及时性与连续性，一起不能超出单片机速度约束和程序容量约束，体系中显现部分的软件规划就显得比较重要，所以程序规划要从算法的时刻杂乱度和空间杂乱度归纳考虑。
相对于现在的PC机，单片机的速度仍是比较低的，若选用杂乱曲线插补算法，CPU的速度显然是不行的，所以波形曲线的画法选用逐点画直线的方法完结，即相 邻两点之间选用画一条直线，尽管波形稍有失真，但能够确保速度。对显现曲线的线宽、线形等也不予设置以节约CPU的核算量。
生成直线的算法中，又有逐点比较法、数值微分法和Bresenham算法等，而各种算法的核算量又与详细显现设备和显现数据有联系。本体系选用了 128×64点阵的显现器，屏幕比较小；一起因为数据在X轴方向的增加是一种固定联系，直线的长度最大为64点(Y轴方向)，且只存在从左下到右上和从左 上到右下两种状况。经过理论剖析与试验验证，咱们选用了改善的数值微分算法，即直线每向下一步，依照要画直线的斜率核算下一点的方位，这样一步一步迫临直 线。X方向自动递加时的公式如下：
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其间：dy／dx为要画直线的斜率；xi为X方向增量；yi为Y方向坐标点。
一切值选用整数运算，以到达节约核算量的意图，缺陷是图形失真度较大。
限于篇幅，给出画直线的程序框图见图4。
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4 实 验
使用该体系对一种振荡信号进行收集。并调查显现波形图的改动，验证了在确保画图实时性要求的前提下体系能够到达其最高采样频率。图5为本体系收集的一个实践振荡信号跟着时刻改动的波形图。
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5 结 语
试验标明以MSP430F169单片机完结的数据收集体系，具有体积小、结构简略、功耗低、速度快等长处，不只能够完结单通道、单波形显现，并且能够经过修正软件完结多通道数据收集体系。该体系能够推行到对多种振荡信号和电压信号收集中去。
