基于ISA總線與KH-9300的數(shù)據采集系統(tǒng)軟件設計

1 引言
    該數(shù)據采集系統(tǒng)采用硬中斷方式，通過對KH-9300板卡上的8254定時器和8259中斷控制器編程定時觸發(fā)中斷并對外部脈沖計數(shù)，設計中每隔1 s采集1次數(shù)據，數(shù)據采集卡第0和1號通道采用串行方式并使用板卡上的內部時鐘進行計時，第2、3、4、5號通道輸人外部計數(shù)脈沖計數(shù)。所有通道采用內部門控信號。當串行的第0～1通道計數(shù)滿時，就向板卡上的8259中斷控制器的IN1引腳發(fā)出中斷指令。通過8259中斷控制器向計算機內的8259A的中斷引腳(這里設計為第5號中斷引腳)發(fā)出中斷指令。CPU響應中斷請求，執(zhí)行中斷程序，對板卡上第2、3、4、5號通道進行數(shù)據采集，并把采集后的數(shù)據寫入文件。

2 板卡及8254定時、計數(shù)常數(shù)的設置
    時鐘跳線的設置：0號通道選內部時鐘，0和1兩通道級聯(lián)，2～5號通道接外部脈沖，選外部時鐘。門控跳線設置為所有通道都選內部門控；基地址設置為280H；中斷號設置為INT5(中斷向量號為13)；內部時鐘頻率設置為2 MHz。
    (1)定時常數(shù)的計算 定時系數(shù)=要求定時的時間／時鐘脈沖的周期。若定時的時間為1 s，內部時鐘頻率為2 MHz。則時鐘脈沖的周期為1 s／2 MHz=0．5μs，定時系數(shù)為1s/0.5 μs=2×106=2 000 000。由于8254定時計數(shù)器6個通道為16位減計數(shù)器，每個通道計數(shù)值最大為216-1=65 535<2 000 000。所以必須采用2個通道計時，設計中將第0通道和第1通道串聯(lián)。由2×106=1 000×2×103，則定時系數(shù)：第0通道為2 000，第1通道為1 000。
    (2)計數(shù)通道的初始化 計數(shù)通道常數(shù)設置為最大值：FFFFH。最大計數(shù)頻率為65 535 Hz／s。
    (3)計數(shù)累計脈沖量計算 計數(shù)累計脈沖量=FFFFH-計數(shù)器本次讀數(shù)。

3 用Turbo C編寫中斷服務程序的方法
    C語言中斷服務程序可由3部分實現(xiàn)。即編寫中斷服務程序、安裝中斷服務程序、激活中斷服務程序。

    (1)編寫中斷服務程序由于產生中斷時，必須保留被中斷程序中斷時的一些現(xiàn)場數(shù)據，即保存斷點，這些值都在寄存器中，以便恢復中斷時使這些值復原。以繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。 Turbo C為此提供一種新的函數(shù)類型：inter-rupt，它將保存由該類型函數(shù)所指寄存器的值，而在退出該函數(shù)時，再復原這些寄存器的值，因而用戶的中斷服務程序必須定義成該類型的函數(shù)，如中斷服務程序名為myp，則可將這個函數(shù)說明為：
    Void interrupt myp(unsigned bp,unsigned di，unsigned si，unsigned ds，unsigned es，unsigned dx，unsigned cx，unsignedbx，unsigned ax，unsiged ip，unsigned cs，unsigned flags)
    小模式下程序只有1段，在中斷服務程序中用戶可像用無符號整數(shù)變量一樣使用這些寄存器。若中斷服務程序中不使用上述寄存器，則可不寫這些寄存器參數(shù)，而寫為：

  
    對于硬件中斷，則在中斷服務程序結束前要將中斷結束命令字送至系統(tǒng)的中斷控制寄存器，其端口地址為0x20，中斷結束命令字也為0x20,即outportb(0x20,0x20)。
    在中斷服務程序中，若不允許別的優(yōu)先級較高的中斷打斷它，則要禁止中斷，可用函數(shù)disable()來關閉中斷。若允許中斷，則可用開中斷函數(shù)enable()來開啟中斷。
    (2)安裝中斷服務程序定義中斷服務程序后，還需將這個函數(shù)的人口地址填人中斷向量表中，以便產生中斷時程序能轉入中斷服務程序去執(zhí)行。為防止正在改寫中斷向量表時，又產生別的中斷而導致程序混亂，可先關閉中斷，待改寫完成后，再開啟中斷。

  
    其中faddr是中斷服務程序的入口地址，其函數(shù)名代表入口地址，而inum表示中斷類型號，setvect()函數(shù)設置中斷向量，上述定義的install()函數(shù)將完成把中斷服務程序入口地址填入中斷向量inum中。
    (3)中斷服務程序的激活對于硬件中斷，在相應的中斷請求線(IRQi，i=0，1，2，…，7)產生一個由低到高的中斷請求電平，這個過程必需由接口電路來實現(xiàn)，這個電平可用程序控制實現(xiàn)，如發(fā)命令outportb(端口地址，命令)。然后程序等待中斷，當中斷產生時，便去執(zhí)行中斷。
    (4)恢復被修改的中斷向量為在主程序結束后，恢復原來的中斷向量以指向原中斷服務程序，在主程序開始時，存下原中斷向量的內容，用getvect()實現(xiàn)，如j=(char*)getvect(0x1c)，這樣指針變量中將是0xlc中斷程序的入口地址，當主程序結束時，可恢復原來的中斷服務入口地址，可用setvect(0x1c，i)，也可用install()函數(shù)再次安裝。

4 程序設計
4．1 程序說明
    程序主要分為主程序和中斷處理子程序2部分。其中主要程序是采用 I／O接口的輸入輸出函數(shù)進行初始化。包括設置KH-9300定時計數(shù)器8254和中斷控制器8259的工作方式、初值、開中斷、觸發(fā)方式，對計算機的 8259開中斷等。在主程序的最后把采集的通道數(shù)據寫入文件。而中斷處理子程序是由CPU在每次接到IRQ5中斷請求信號后立即執(zhí)行，主要作用是把KH- 9300卡的第2、3、4、5號通道的計數(shù)值采集到程序的變量中。主程序和中斷處理子的程序流程分別如圖1、圖2所示。

4．2 編程注意事項
    (1)不要用任何DOS功能調用，避免DOS重入。盡量避免使用與屏幕相關、檢查狀態(tài)、讀鍵盤及任何磁盤I／O子程序：避免使用浮點(實數(shù))運算。中斷服務程序中所調用函數(shù)盡量是BIOS級庫函數(shù)；(2)中斷程序執(zhí)行的時間應盡可能的短。若 ISR中消耗時間過長，在完成一次運行前有可能被再次調用，導致系統(tǒng)被掛起。(3)控制變量可以是全局變量，也可通過寄存器變量傳遞給interrupt 函數(shù)；(4)若實時控制系統(tǒng)對中斷響應速度要求較高，可采用嵌入匯編技術。
4．3 程序調試結果
    圖3為調試結果。圖3中每1行后4個數(shù)據為每1 s所采集的4通道數(shù)據，第1列是第幾次采集，即第幾秒采集，后4列是第2、3、4、5通道所采集的數(shù)據。因此采集的數(shù)據具有較高穩(wěn)定性。

5 結束語
    從程序調試數(shù)據可看出，采集到的數(shù)據具有很高的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)可方便組成連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)或其他需要記錄脈沖的系統(tǒng)。同時利用Turbo C可方便的控制其端口和硬件中斷。