利用Delphi 3.0开发微机数据采集与处理软件系统_信息技术论文

张 建 军 （中国人民解放军合肥炮兵学院研究生系）

关键词：delphi adc dac

1. 微机数据采集与处理系统简介

数据采集与处理是计算机应用的一个重要分支，主要研究信息数据的采集、存贮、处理及控制等内容。70年代以来，由于微机技术的快速发展及其在军、民用工程领域的广泛应用，尤其是适于通用微机（如ibm pc系列）使用的板卡级数据采集产品的大量出现，以微机为核心的可编程数据采集与处理技术得到迅速发展。现在的微机，只需在其扩展槽内插上一块数据采集板，并辅以应用软件，即可组成一套微机数据采集与处理系统，实现处理和实时控制功能。

1. 数据采集与数据处理

数据采集与处理技术主要研究模数、数模转换（a/d、d/a）、数据处理等问题，需要计算机硬件电路和软件编程知识。

数据采集：为对温度、压力、流量、速度、位移、振动、噪声等物理量进行测控，首先通过传感器把上述量转换成模拟电信号，而后由a/d—d/a板将模拟电信号转换成时间、数值上量化且离散的数字量输入计算机系统。数据采集的核心是a/d转换。

数据处理：计算机根据被测控对象的需要，对采集到的数据进行分析运算，处理结果一方面送至显示器、打印机等外设，一方面由a/d—d/a板将数字量转换成模拟电信号输出，对外部量进行实时监控。数据处理的核心是数值处理和d/a转换。

２、微机数据采集与处理系统硬件组成

系统主要由被测控对象（设备）、a/d—d/a通道、开关量i/o通道、微机等组成，如图１所示。较复杂的系统包括单片机等多机系统。

图1 微机数据采集与处理系统硬件组成

３、与ibm pc兼容的板卡级数据采集产品

利用ibm pc系列微机及其兼容机i/o通道开放的设计特点，许多厂商已经设计出采用板卡级结构的数据采集产品。这类产品在一块印刷电路板上包括了模拟多路开关（mux）、采样保持电路（s/h）、模数、数模转换器（adc、dac）等部件（有的板型还提供并行i/o接口8255，定时／计数器8254／8254等通用可编程芯片），采用ibm pc总线，可直接插入微机任一扩展槽。本文介绍台湾axiom公司生产的ax5412高速数据采集板，以及利用delphi开发该产品a/d—d/a接口软件的方法。

1. 软件系统设计

㈠、预备知识

1. 软件开发工具的选择

   为开发基于windows95／nt／98操作平台的３２位数据采集与处理系统，软件设计应符合以下需求：

   ⑴具有在windows下实时访问80x86 cpu i/o端口、硬件中断调用等功能；

   ⑵支持３２位编程；

   ⑶代码执行速度快、界面友好、使用方便；

   ⑷开发周期短、代码可重用性好、效费比高。

   综上所述，根据vc5.0、vb5.0、delphi3.0（或其最新版delphi4.0）三种流行rad工具的不同特点，作者在开发windows版“无线电话务模拟训练系统”软件过程中选择了delphi3.0，利用delphi的ide环境编写vcl构件，结合虚拟设备驱动程序（.vxd）实现⑴的功能。

   ２、vcl构件主要属性、方法、事件、过程介绍

   ⑴通用属性、方法、过程

   ·activehw: boolean：该属性只读且运行时有效，如果虚拟设备驱动程序正常工作，则activehw为true，否则为false。

   ·opendriver：该方法加载虚拟设备驱动程序，为其分配内存，使程序具有直接访问系统硬件的能力。如果虚拟设备驱动程序加载成功，activehw属性被设置为true，否则为false。

   ·closedriver：该方法关闭虚拟设备驱动程序，释放为其分配的内存。如果虚拟设备驱动程序关闭成功，activehw被设置为false。

   ⑵i/o端口访问

   ·hardaccess: boolean：该属性决定虚拟设备驱动程序采用何种方式访问i/o端口。如果hardaccess为false，i/o访问速度较快，但若指定i/o地址已被其它驱动程序占用，i/o访问可能失败；如果hardaccess为true，i/o访问速度稍慢，但能保证若指定i/o地址已被其它驱动程序占用，i/o访问仍能进行。

   ·port[index: word]: byte：该方法数据类型为byte—字节。（读／写指定地址的i/o端口，参数index为指定i/o端口地址，数据类型为word—字，下同）

   ·portw [index: word]: word：该方法数据类型为word—字。

   ·portl [index: word]: dword：该方法数据类型为dword—双字。

   i/o读写代码实例：

   with myport do

   begin

   {...}

   port[$2f0]:=$47; //向地址为2f0h的i/o端口写一个字节的数据47h

   {...}

   myinpute:=port[$2f9]; //从地址为2f9h的i/o端口读一个字节的数据，并赋给变量

   //myinpute

   {...}

   end;

   ⑶硬件中断调用

   与dos不同，在windows操作系统中，硬件中断调用功能被隐藏或屏蔽起来，windows一般不允许直接调用硬件中断。为此，需使用以下属性、事件、方法：

   ·onhwinterrupt: tnotifyevent：该事件通知系统一个硬件中断已经被调用。应将中断服务程序放在该事件中。

   ·irqnumber: byte：该属性指定欲调用的中断号（irq1—15），不支持0号中断（irq0—系统时钟）。

   · setirq：该方法将irqnumber指定的中断分配给onhwinterrrupt过程，并将isirqset属性设置为true。

   ·unmaskinterrupt：该方法解除windows对irqnumber指定中断的屏蔽，当中断产生时，将调用onhwinterrupt事件，并将masked属性设置为false。

   ·maskinterrupt：该方法恢复windows对irqnumber指定中断的屏蔽，并将masked属性设置为true。

   ·destroyirq：该方法释放为解除屏蔽由irqnumber指定中断分配的内存空间，并将isirqset属性设置为false，masked属性设置为true。

   ·isirqset: boolean：该属性只读，如果setirq设置中断成功，isirqset属性被设置为true，否则为false。

   ·masked: boolean：该属性只读，如果中断设置成功，masked为false，否则为false。

   3、ax5412数据采集板性能简介

   与其它产品（如ms1215）相比，ax5412具有许多优越性能。限于篇幅，本文无法对产品特性、开关描述、用户连接、引脚功能、板上寄存器结构和格式等逐一介绍，仅简要介绍与接口编程有关的重要部分，以便阅读下文所述程序时理解。

   ⑴采用12位a/d转换器，a/d转换时间为9us。

   ⑵可编程增益控制。

   ⑶开关选择单端16通道模拟输入或差动8通道模拟输入（可抑制嗓声，得到高精度a/d转换结果）。

   ⑷占用16个连续i/o端口地址，通过板上基地址选择开关设置基地址，默认为300h。

   ⑸`定时器基频率选择开关（j3）：ax5412自带一片8254计数／定时器，8254中的计数器1和计数器2在内部串联起来产生一个固定周期信号作为a/d转换的触发源。有两个基频率1mhz或10mhz通过j3选择，默认为1mhz。级联定时器的频率由下式确定：

   除数1和除数2分别对应于8254计数器1和计数器2设定的计数值（2~65535，计数器是16位的）。计数器1和计数器2值串联相当于一个32位的计数器，可以用于时间很长的定时。

   ⑹a/d数据寄存器（基址+0和基址+1）

   ·基址+0（读）：低4位说明进行a/d转换的通道号（0~15）；高4位是a/d转换值的低4位。

   ·基址+0（写）：写任意值即实施软件触发开始a/d转换。

   ·基址+1（读）：a/d转换值的高8位。

   ⑺转换通道控制寄存器（基址+2，读／写）：低4位表示多通道a/d转换的开始通道，高4位表示多通道a/d转换的结束通道。如低4位和高4位写入的值相同，表示单一通道连续采样。

   ⑻0通道d/a输出（基址+4和基址+5，写）

   ·基址+4：写该寄存器高4位输出d/a0低4位，该寄存器低4位无效。

   ·基址+5：写该寄存器8位输出d/a0高8位。

   ⑼1通道d/a输出（基址+6和基址+7，写）

   ·基址+6：写该寄存器高4位输出d/a1低4位，该寄存器低4位无效。

   ·基址+7：写该寄存器8位输出d/a1高8位。

   ⑽状态寄存器（基址+8）

   ·读：第7位（a/d转换完成位）eoc表示a/d转换是否完成。若eoc=0，a/d转换已完成，可以读取a/d转换数据；若eoc=1，a/d转换未完成。当开始读取数据，eoc被重新置1。

   ·写：向该寄存器写任何值清除中断请求。在实际中断服务程序中，在开中断前应先清中断，再利用控制寄存器（基址+9）开中断。

   ⑾控制寄存器（基址+9）

   ·0~1位：控制启动a/d的触发源。

   ·2位：为1，dma方式有效；为0，dma方式无效。

   ·4~6位：选择中断级别。（pc机8259中断控制器管理的中断中，中断2系统未用，一般选2级中断）

   ⑿定时器控制寄存器（基址+10，写）

   ·0位：若为1，表示ax5412板上8254计数器中由计数器1和计数器2串联成的定时器触发起作用；否则，不起作用。

   ⒀增益控制寄存器（基址+11，读／写）：低4位组合表示增益。

   ㈡、编程实例

   以下程序均以ax5412为例。

   1、软件启动，查询管理

   ·a/d轮换：

   设有一模拟输入信号单端输入，输入10通道，现对其进行a/d转换，输入计算机。

   {...}

   var

   const basea:word=$300;//ax5412默认基地址为300h

   {...}

   procedure adc:integer;//a/d转换

   var

   state :byte;//读取a/d转换完成位

   al :byte;//a/d转换低4位

   ah :byte;//a/d转换高8位

   adval :integer;//a/d转换结果

   begin

   with myport do

   begin

   port[basea+2]:=$aah;//10通道单通道连续采样,170d=aah

   port[basea+11]:=0;//增益为1

   port[basea+9]:=0;//软件启动a/d转换

   port[basea]:=0;//开始a/d转换

   repeat

   state:=port[basea+8];

   until b and $80=$80;//检测a/d转换完成情况

   al:=port[basea];//读a/d转换值低4位

   ah:=port[basea+1];//读a/d转换值高8位

   adval:=(al / 16) or (ah * 16);//计算12位a/d转换结果

   adc:=adval;//返回值

   end;

   end;

   ·d/a转换：

   设将一模拟控制电压volt从d/a1通道输出，控制某一对象。

   说明：ax5412数字量输出满量程（即12位均为1时，数字值为4095d）时输出的模拟电压为5伏。

   procedure dac(volt:float);//d/a转换

   var

   al :integer;//d/a转换低4位

   ah :integer;//d/a转换高8位

   daval :float;

   begin

   daval:=4095/5*volt;//将欲输出的模拟电压值近似为数字值

   ah:=int(daval/16);//a/d转换高8位

   al:=int(daval-ah*16)*16;//a/d转换低4位

   with myport do

   begin

   port[basea+6]:=al;//取d/a通道1，输出d/a转换值低4位

   port[basea+7]:=ah;//输出d/a转换值高8位

   end;

   end;

2. 定时启动，中断管理

设采样点数为1024，采样频率为3000hz，32位定时器采用1mhz基频率，连接pc机8259的2级中断。

⑴设定采样参数

point:=1024;//采样点数为1024

count:=1000000/3000;//采样频率为3000hz，count为计数器1和计数器2级联成的

//定时器的计数值

count1:=2;//设定计数器1的计数值为2

count2:=int(count/2);//计算计数器1的计数值

low1:=2;//计数器1计数值的低字节

high1:=0;//计数器1计数值的高字节

low2:=count2 mod 256;//计数器2计数值的低字节

high2:=count2/256;//计数器2计数值的高字节

with myport do

begin

port[basea+11]:=0;//增益为1

port[basea+2]:=$11h;//通道1单通道连续采样

port[basea+15]:=$74h;//选择计数器1为工作计数器，按方式2工作，对计数器进

//行2次读/写操作，先低字节，后高字节

port[basea+13]:=low1;//写计数器1计数值的低字节

port[basea+13]:=high1;//写计数器1计数值的高字节

port[basea+15]:=$b4h;//选择计数器1为工作计数器，按方式2工作，对计数器进

//行2次读/写操作，先低字节，后高字节

port[basea+13]:=low2;//写计数器2计数值的低字节

port[basea+13]:=high2;//写计数器2计数值的高字节

end;

⑵编写中断服务程序

procedure tform1.myporthwinterrupt(sender: tobject);//中断服务程序

{...}

importhigh:=port[basea+1];//读a/d转换高8位

importlow:=port[basea];//读a/d转换高8位

sample[i]:=importhigh*16 or importlow/16;//计算12位a/d转换结果，并赋值给采

//样数组

i:=i+1;

port[basea+8]:=0;//清中断

end;

⑶设置中断

with myport do

begin

if activehw then closedriver

else

begin

opendriver;

if not activehw then

begin

messagebeep(0);

application.messagebox('系统发现指定i/o端口未能成功打开！',

'请注意！',mb_ok or mb_iconhand);

end

else

begin

irqnumber:=2;

setirq;

end;

end;

end;

⑷开中断，进行采样

port[basea+9]:=$a3h;//选择定时器触发，连接pc机2级中断，开中断

port[basea+8]:=1;//选择定时器触发

i:=0;

while i<>point do ;//等待中断，每中断一次采样一个数据，直至采满point个点

⑸退出系统前关闭中断

procedure tform1.formclose(sender: tobject; var action: tcloseaction);

begin

{...}

myport.closedriver;

{...}

end;

在实际工作中，读者应根据具体数据采集板的硬件特性，参考上述方法，编写数据采集、分析、输出代码。

参考文献

1. 沈兰荪.数据采集技术.中国技术大学出版社.1990
2. frank engo.使用delphi 3编程.电子工业出版社.1997

                       一九九九年一月

作者通信地址：（230031）安徽省合肥市炮兵学院研究生系９７级 张建军（收）

作者电话：（0551）5560324（宿舍直拨） （0551）5562566转68750（研究生系值班室）

作者e_mail： hyperlink mailto:davidhy@263.net

davidhy@263.net