單片機的存儲器數(shù)據(jù)繪圖設計

引言
    單片機A／D采樣數(shù)據(jù)值繪圖分析是單片機系統(tǒng)調(diào)試過程中的一項重要工作。采樣值通常以十六進制形式存儲在片內(nèi)RAM或Flash中，而現(xiàn)有單片機軟件平臺不具備將數(shù)據(jù)立即繪圖的能力。本文提出了一種從存儲器導出數(shù)據(jù)，并運用MATLAB進行數(shù)據(jù)進制轉(zhuǎn)換、繪圖的方法，繪制的圖形能很好地復現(xiàn)模擬信號源信號，對單片機調(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束處設置斷點，然后把存儲的數(shù)據(jù)以記事本形式導出到PC，設計MATLAB軟件將記事本中的十六進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制處理，最后繪圖。將繪制圖形和示波器測試模擬源圖形進行比較，檢驗繪制的圖形能否準確地復現(xiàn)原始信號。

2 系統(tǒng)硬件設計
    系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)以MSP430單片機為核心進行設計，該方法對其他16位單片機具有通用性。系統(tǒng)由片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器進行采樣并存儲到RAM區(qū)，然后設置調(diào)試斷點，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行比較。

    本系統(tǒng)采用TI公司的單片機MSP430F5438作為本系統(tǒng)的核心，其特點如下：
    ◆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165μA@8 MHz，多種節(jié)電休眠和停機方式。

3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 A／D采樣存儲程序
    本系統(tǒng)選用A／D模塊設置查詢工作方式，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。

    通過IAR調(diào)試平臺運行程序，設置斷點，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。

3．2 A／D采樣值數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換繪圖程序
    運用MATLAB軟件對數(shù)據(jù)格式進行轉(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。

    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)換的值能正確復現(xiàn)原始模擬信號。該設計方法不但彌補了單片機調(diào)試平臺對存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足，而且能縮短單片機系統(tǒng)調(diào)試周期，為后續(xù)數(shù)字信號處理打下了基礎。

結語
    本文討論了單片機調(diào)試過程中對存儲在RAM或Flash的A／D采樣數(shù)據(jù)進行繪圖處理的技術，彌補了單片機調(diào)試平臺存儲區(qū)數(shù)據(jù)不能直接繪圖的不足。以MSP430單片機為例進行了測試，測試結果表明該設計方法在工程實踐中是可行的，具有較高的實用價值。