PIC單片機AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲及串口效率

PIC 單片機A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通常需要占用兩個8 位寬的RAM 單元, 而PIC 單片機的存儲單元有限,因此造成了單片機的存儲單元不能被有效利用, 同時通過串口向上位機傳送數(shù)據(jù)時也需要花費較多的時間。

為此提出一種數(shù)據(jù)打包的方法, 使得相同的數(shù)據(jù)量占用較少的存儲空間, 并可提高傳輸效率。

引言

在由單片機和PC 機構(gòu)成的檢測系統(tǒng)中, 通常會由多個單片機采集數(shù)據(jù)并將經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過串口送往上位PC 機進行數(shù)據(jù)處理。PIC 單片機A/D 轉(zhuǎn)換后的結(jié)果大多是8 位或10 位的, 8 位的A/D轉(zhuǎn)換不涉及該問題。以10 位的數(shù)據(jù)為例, 在單片機內(nèi)進行存儲時需要占用2 個8 位的字節(jié), 低8 位和高2位分別存儲在2 個字節(jié)中, 但是用于存儲高位數(shù)據(jù)的8 位寬的RAM 單元中僅有2 位是有效數(shù)據(jù)。

單片機的存儲空間有限, 以單片機為例, RAM 數(shù)據(jù)存儲器按功能分為通用寄存器和特殊功能寄存器兩個部分, 除去特殊功能寄存器外, 僅有368 個8 位寬的RAM 單元, 單片機能夠存儲的數(shù)據(jù)量很有限。假設(shè)將每次A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)直接存儲, 每個數(shù)據(jù)都要占用2 個字節(jié), 理想狀態(tài)下也只能存儲184 個數(shù)據(jù); 假設(shè)需要存儲100 個A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù), 就要占用200 個字節(jié)的單元, 這樣的存儲方式并未將單片機的存儲空間充分利用, 同時, 如果將A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過串口直接上傳, 串口就要向上傳送200 幀的數(shù)據(jù), 有效傳輸速率比較低, 沒有充分利用數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)位。為此,本文提出如下方法將A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)先進行處理后再存儲或上傳。

1　程序設(shè)計思路

以10 位的A/D 轉(zhuǎn)換為例, 可以將A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果暫存在a[size] 中, 然后把數(shù)組a 中的數(shù)據(jù)一位一位地取出, 把低8 位和高8 位拆開分別存放, 低8 位存放在數(shù)組b 中, 高8 位存放在數(shù)組c 中, 由于高8 位的數(shù)據(jù)中只有2 位是有效數(shù)據(jù), 我們可以把有效數(shù)據(jù)取出組合成一個新的數(shù)據(jù)存放, 當(dāng)上傳數(shù)據(jù)后再用相反的方法解碼, 把數(shù)據(jù)恢復(fù)到原先的狀態(tài)。這樣對于10 位的A/D 轉(zhuǎn)換來說可以節(jié)省3/8 的空間, 需要向上位機傳送的數(shù)據(jù)也會比較少, 數(shù)據(jù)傳輸時間僅為原來的5/8。

2　采用C 語言編寫的程序

本文采用PIC16F877 單片機進行試驗。其中定義i、h、j、n、m 為int8, a[size] 為int16 的數(shù)組, 用于暫存A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果; b[number]、c[number]、d[number] 是int8 的數(shù)組。程序原文如下:

vo idconvert ()
{
h= j;
for ( i= 0 ; i< size ; i+ + )
{
　b[h+i]= a[i];
　c[i] = (a[i]>> 8)&0x03;
　j++ ;
}
m= n;
for ( i= 0 ; i< size/4 ; i+ + )
{
　d[m+i]= (c[4*i]<< 2) |c[4*i+ 1 ];
　d[m+i]= (d[m+i]<< 4) |(c[4*i+ 2 ]<< 2) ;
　d[m+i]= d[m+i]|c[4*i+3];
　n++ ;
}
}

程序首先利用一個for 循環(huán)將A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)拆開, 將低8 位存放在數(shù)組b 中, 高2 位暫時存放在數(shù)組c 中。由于數(shù)組c 中的8 位二進制數(shù)據(jù)都是僅有低2 位是有效數(shù)據(jù), 所以第二個for 循環(huán)將c[i]、c[i+1]、c[i+2]、c[i+3]中的2 位有效數(shù)據(jù)取出, 按照由低到高的順序重新組合成一個8 位的二進制數(shù),放入數(shù)組d, 構(gòu)成一個新的數(shù)組。這樣A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由原來用數(shù)組a 表示變成了由數(shù)組b 表示低8 位、數(shù)組d 表示高2 位的狀態(tài)。

程序中的h、j、n、m 用于記錄最后轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)組的位置, 在下一次轉(zhuǎn)換的時候, 數(shù)據(jù)可以接在上一次的數(shù)據(jù)后面, n 和j 在主程序中convert ( ) 被調(diào)用之前首先被賦值為0。

3　結(jié)論

根據(jù)以上程序, 我們可以按照類似的方法把12 位的A/D 轉(zhuǎn)化結(jié)果進行組合, 將12 位的A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果拆成低8 位和高4 位, 再將2 個高4 位重新組合成一個8 位的二進制數(shù)存儲, 這樣對于12 位的A/D 轉(zhuǎn)化結(jié)果可以節(jié)省1/4 存儲空間, 縮短1/4 傳輸時間。

該程序的執(zhí)行時間僅為990us, 相對于數(shù)據(jù)的傳輸時間是很小的。在單片機空間小的情況下, 以程序的執(zhí)行時間來換取單片機的存儲空間是值得的。同時又能有效地縮短數(shù)據(jù)的上傳時間, 提高有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。但是在數(shù)據(jù)量較少的時候, 比如只有1 個A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù), 這樣做反而會耗費時間、降低效率。