微功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用

寄存器0用于CF卡的數(shù)據(jù)讀寫。CF為了節(jié)省I／O資源，有些I／0端口是復(fù)用的，寄存器1在讀操作時為錯誤寄存器，寫操作時為特征寄存器。寄存器2的作用是設(shè)定要讀寫扇區(qū)的數(shù)目。寄存器3～6是用來尋址要讀寫的具體扇區(qū)位置，一般的IDE硬盤有CHS和LBA兩種尋址模式，CF卡工作在TRUE IDE模式下也有這兩種尋址模式，CHS(Cylinder／Head／Sector)是扇區(qū)對應(yīng)的具體柱面、磁頭、和扇區(qū)的地址；邏輯塊尋址方式LBA(Logical Block Addressing)在邏輯上是連續(xù)的，比較方便，所以軟件實現(xiàn)上采用這種方式對CF卡的扇區(qū)進行訪問。寄存器7在讀操作時是狀態(tài)寄存器，主控器可以得到CF卡的有關(guān)狀態(tài)信息；寫操作時是命令寄存器，通過設(shè)置命令，主控制器操作CF卡完成特定的功能。
讀寫扇區(qū)時，首先需要設(shè)置起始扇區(qū)的LBA地址和扇區(qū)數(shù)目，并設(shè)置命令寄存器，讀取數(shù)據(jù)設(shè)置命令“20H”，寫入數(shù)據(jù)設(shè)置命令“30H”。然后讀取狀態(tài)寄存器，判斷狀態(tài)寄存器是否為“58H”。若為是，則開始讀寫操作；若為否則繼續(xù)讀取狀態(tài)寄存器。接下來讀狀態(tài)寄存器是否為“50H”，判斷CF卡操作是否完成。若為否，則繼續(xù)讀取判斷；若為是，則結(jié)束讀寫過程。如果在判斷狀態(tài)寄存器中發(fā)生了超時或出現(xiàn)錯誤，則設(shè)置超時或錯誤標(biāo)志，并跳出讀寫過程。圖4為CF卡讀寫一個扇區(qū)的流程圖。

由于對CF卡的操作是以扇區(qū)位單位，在單片機內(nèi)部RAM開辟了兩個大小為1 kByte的緩沖區(qū)，每個緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)正好可以寫滿CF卡的兩個扇區(qū)，AD采集的數(shù)據(jù)先存儲在緩沖區(qū)，當(dāng)存滿一個緩沖區(qū)后，設(shè)置CF的LBA地址、扇區(qū)數(shù)目及寫命令，把緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入CF卡，同時AD采集的數(shù)據(jù)存儲在另外一個緩沖區(qū)。
CF卡如果要通過讀卡器在計算機上直接讀取數(shù)據(jù)，CF卡中的文件系統(tǒng)必須與計算機的文件系統(tǒng)一致，現(xiàn)在計算機的文件系統(tǒng)有FATl6、FAT32及NTFS等。由于微功耗單片機處理能力有限，在采樣周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲的工作后，所剩時間已經(jīng)不多，如果再加上處理文件系統(tǒng)的程序，勢必影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實時性。在本設(shè)計的程序里并沒有將數(shù)據(jù)寫成文件系統(tǒng)，而是從數(shù)據(jù)扇區(qū)對應(yīng)的LBA地址開始從小到大依次將數(shù)據(jù)寫入扇區(qū)，直到寫滿整個CF卡。在讀取數(shù)據(jù)時，利用磁盤操作函數(shù)編寫一個小的VC程序，將CF卡中數(shù)據(jù)依次讀出并存為文件存儲在計算機的硬盤里，讀取的扇區(qū)及文件的大小也可以方便地設(shè)置，非常靈活。這樣也就在處理器能力有限的情況下實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集和存儲。

4 結(jié)論
采取這種設(shè)計方法使整個采集系統(tǒng)的功耗大大減小，經(jīng)測量，整個系統(tǒng)功耗為150mW。采用高能鋰離子電池作為系統(tǒng)電源，使整個系統(tǒng)輕松裝入一個內(nèi)徑為15cm，高15cm的圓柱形密封罐內(nèi)，體積的減小也更加有利于系統(tǒng)在水下的布放。該系統(tǒng)經(jīng)過在吉林松花湖試驗，能夠穩(wěn)定可靠地工作，實時采集并存儲水下環(huán)境的噪聲和過往船只的噪聲數(shù)據(jù)。