數(shù)據(jù)采集與壓縮系統(tǒng)

　　引言

　　解決數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題要根據(jù)實(shí)際的情況而定，對(duì)于采集系統(tǒng)而言，采集到的數(shù)據(jù)量還是很大的，在進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中對(duì)帶寬要求較高，解決這一問(wèn)題的有效途徑有：采用高帶寬的傳輸方式;對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，變相提高數(shù)據(jù)傳輸帶寬。然而，采用高帶寬的傳輸方式是需要一定成本的，所以可以采用壓縮數(shù)據(jù)的方式。退一步來(lái)說(shuō)，即使采用高帶寬方式，當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是壓縮過(guò)的，那么，相對(duì)于傳輸沒(méi)有壓縮的數(shù)據(jù)，后者傳輸效率無(wú)疑會(huì)更高。為此，作者在此提供一種參考方案，試著解決上述問(wèn)題。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　如圖1所示，本數(shù)據(jù)采集與壓縮系統(tǒng)整體分為兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分(虛線(xiàn)以上)和數(shù)據(jù)壓縮部分(虛線(xiàn)以下)，其中數(shù)據(jù)采集部分對(duì)待處理的信號(hào)進(jìn)行采集，模數(shù)轉(zhuǎn)換并進(jìn)行存儲(chǔ);數(shù)據(jù)壓縮部分對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以提高有效容量和傳輸帶寬?！　?/p>

 

　　各模塊的介紹和系統(tǒng)軟件流程

　?、睌?shù)據(jù)采集部分

　　數(shù)據(jù)采集核心部分采用MSP430系列單片機(jī)(可以針對(duì)性的選擇其它芯片)。MSP430系列單片機(jī)是TI 公司研發(fā)的16位超低功耗單片機(jī)，非常適合各種功率要求低的場(chǎng)合。內(nèi)部自帶的12 位A/ D 和DMA控制單元，可以分別為系統(tǒng)采樣電路和數(shù)據(jù)傳輸部分采用，使得系統(tǒng)的硬件電路更加集成化、小型化，很好地解決了低功耗、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐?wèn)題。

　　1)A/ D 采集數(shù)據(jù)模塊

　　MSP430系列內(nèi)部的ADC12 模塊能夠?qū)崿F(xiàn)12 位精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換，具有高速和通用的特性。其主要特點(diǎn)有：12 位轉(zhuǎn)換精度內(nèi)置采樣與保持電路;有多種時(shí)鐘源可提供給ADC12 模塊，且模塊本身內(nèi)置時(shí)鐘發(fā)生器;內(nèi)置溫度傳感器;配有8 路外部通道與4 路內(nèi)部通道;內(nèi)置參考電源，且參考電壓有6 種可編程的組合;模數(shù)轉(zhuǎn)換有4 種模式，可靈活應(yīng)用以節(jié)省軟件量及時(shí)間;可以關(guān)閉ADC12 模塊以節(jié)省系統(tǒng)功耗。

　　2)DMA傳輸模塊

　　DMA(直接存儲(chǔ)器訪問(wèn))控制器不需要CPU 的干預(yù)即可提供先進(jìn)的可配置的數(shù)據(jù)傳輸能力，從而可以解放CPU ，使其不是將更多的時(shí)間浪費(fèi)在等待上，而是將更多的時(shí)間用于處理數(shù)據(jù)。DMA 控制器可在內(nèi)存與內(nèi)部及外部硬件之間進(jìn)行精確的傳輸控制。DMA 消除了數(shù)據(jù)傳輸延遲時(shí)間以及CPU 等待等各種開(kāi)銷(xiāo)，從而提高了MCU 利用率，使信號(hào)處理能力更強(qiáng)。這樣從整體上節(jié)省了系統(tǒng)的處理時(shí)間。

　　MSP430系列芯片內(nèi)部擁有DMA控制器單元，其特性是：擁有3個(gè)獨(dú)立的DMA通道;可對(duì)通道進(jìn)行優(yōu)先權(quán)配置;支持邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā);多種尋址方式等。

　　3)緩存到RAM1模塊

　　之所以要用緩存模塊主要是考慮到兩個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)采集的速率和傳輸速率不一致，二是數(shù)據(jù)采集速率和數(shù)據(jù)壓縮的速率不一致。RAM1在此起到緩存數(shù)據(jù)和協(xié)調(diào)系統(tǒng)的作用。通過(guò)數(shù)據(jù)緩存的設(shè)置，可以提高數(shù)據(jù)采集和壓縮系統(tǒng)的性能