本文提出了一種從存儲器導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并運(yùn)用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換、繪圖的方法，繪制的圖形能很好地復(fù)現(xiàn)模擬信號源信號，對單片機(jī)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(jī)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(shè)置斷點(diǎn)，然后把存儲的數(shù)據(jù)以記事本形式導(dǎo)出到PC，設(shè)計MATLAB軟件將記事本中的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制處理，最后繪圖。將繪制圖形和示波器測試模擬源圖形進(jìn)行比較，檢驗繪制的圖形能否準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)原始信號。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)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(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計，該方法對其他16位單片機(jī)具有通用性。系統(tǒng)由片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣并存儲到RAM區(qū)，然后設(shè)置調(diào)試斷點(diǎn)，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(jìn)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(jìn)行比較。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
本系統(tǒng)采用TI公司的單片機(jī)MSP430F5438作為本系統(tǒng)的核心，其特點(diǎn)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(dá)165μA@8 MHz，多種節(jié)電休眠和停機(jī)方式。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 A/D采樣存儲程序
本系統(tǒng)選用A/D模塊設(shè)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(jìn)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。
圖2 A/D采樣存儲程序流程
通過IAR調(diào)試平臺運(yùn)行程序，設(shè)置斷點(diǎn)，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。
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(dǎo)出數(shù)據(jù)，并運(yùn)用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換、繪圖的方法，繪制的圖形能很好地復(fù)現(xiàn)模擬信號源信號，對單片機(jī)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(jī)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(shè)置斷點(diǎn)，然后把存儲的數(shù)據(jù)以記事本形式導(dǎo)出到PC，設(shè)計MATLAB軟件將記事本中的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制處理，最后繪圖。將繪制圖形和示波器測試模擬源圖形進(jìn)行比較，檢驗繪制的圖形能否準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)原始信號。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)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(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計，該方法對其他16位單片機(jī)具有通用性。系統(tǒng)由片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣并存儲到RAM區(qū)，然后設(shè)置調(diào)試斷點(diǎn)，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(jìn)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(jìn)行比較。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
本系統(tǒng)采用TI公司的單片機(jī)MSP430F5438作為本系統(tǒng)的核心，其特點(diǎn)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(dá)165μA@8 MHz，多種節(jié)電休眠和停機(jī)方式。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 A/D采樣存儲程序
本系統(tǒng)選用A/D模塊設(shè)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(jìn)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。
圖2 A/D采樣存儲程序流程
通過IAR調(diào)試平臺運(yùn)行程序，設(shè)置斷點(diǎn)，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。
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(yùn)用MATLAB軟件對數(shù)據(jù)格式進(jìn)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。
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(fù)現(xiàn)原始模擬信號。該設(shè)計方法不但彌補(bǔ)了單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)調(diào)試周期，為后續(xù)數(shù)字信號處理打下了基礎(chǔ)。
結(jié)語
本文討論了單片機(jī)調(diào)試過程中對存儲在RAM或Flash的A/D采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖處理的技術(shù)，彌補(bǔ)了單片機(jī)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(jī)為例進(jìn)行了測試，測試結(jié)果表明該設(shè)計方法在工程實踐中是可行的，具有較高的實用價值。