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利用Delphi 3.0開發(fā)微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理軟件系統(tǒng)
張建軍（中國(guó)人民解放軍合肥炮兵學(xué)院研究生系）摘要：結(jié)合開發(fā)“無線電話務(wù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”Win32版軟件的實(shí)例，本文詳細(xì)介紹利用Delphi3.0開發(fā)微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理軟件系統(tǒng)的方法。
關(guān)鍵詞：DelphiADCDAC
微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介
數(shù)據(jù)采集與處理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要分支，主要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理及控制等內(nèi)容。70年代以來，由于微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及其在軍、民用工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，尤其是適于通用微機(jī)（如IBMPC系列）使用的板卡級(jí)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的大量出現(xiàn)，以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)得到迅速發(fā)展。現(xiàn)在的微機(jī)，只需在其擴(kuò)展槽內(nèi)插上一塊數(shù)據(jù)采集板，并輔以應(yīng)用軟件，即可組成一套微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息處理和實(shí)時(shí)控制功能。
數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)主要研究模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D、D/A）、數(shù)據(jù)處理等問題，需要計(jì)算機(jī)硬件電路和軟件編程知識(shí)。
數(shù)據(jù)采集：為對(duì)溫度、壓力、流量、速度、位移、振動(dòng)、噪聲等物理量進(jìn)行測(cè)控，首先通過傳感器把上述物理量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，而后由A/D—D/A板將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間、數(shù)值上量化且離散的數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集的核心是A/D轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)處理：計(jì)算機(jī)根據(jù)被測(cè)控對(duì)象的需要，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析運(yùn)算，處理結(jié)果一方面送至顯示器、打印機(jī)等外設(shè)，一方面由A/D—D/A板將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)輸出，對(duì)外部物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。數(shù)據(jù)處理的核心是數(shù)值處理和D/A轉(zhuǎn)換。
２、微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)主要由被測(cè)控對(duì)象（設(shè)備）、A/D—D/A通道、開關(guān)量I/O通道、微機(jī)等組成，如圖１所示。較復(fù)雜的系統(tǒng)包括單片機(jī)等多機(jī)系統(tǒng)。
圖1微機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件組成
３、與IBMPC兼容的板卡級(jí)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品
利用IBMPC系列微機(jī)及其兼容機(jī)I/O通道開放的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，許多廠商已經(jīng)設(shè)計(jì)出采用板卡級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。這類產(chǎn)品在一塊印刷電路板上包括了模擬多路開關(guān)（MUX）、采樣保持電路（S/H）、模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC、DAC）等部件（有的板型還提供并行I/O接口8255，定時(shí)／計(jì)數(shù)器8254／8254等通用可編程芯片），采用IBMPC總線，可直接插入微機(jī)任一擴(kuò)展槽。本文介紹臺(tái)灣AXIOM公司生產(chǎn)的AX5412高速數(shù)據(jù)采集板，以及利用Delphi開發(fā)該產(chǎn)品A/D—D/A接口軟件的方法。
軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
㈠、預(yù)備知識(shí)
軟件開發(fā)工具的選擇
為開發(fā)基于Windows95／NT／98操作平臺(tái)的３２位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下需求：
⑴具有在Windows下實(shí)時(shí)訪問80x86CPUI/O端口、硬件中斷調(diào)用等功能；
⑵支持３２位編程；
⑶代碼執(zhí)行速度快、界面友好、使用方便；
⑷開發(fā)周期短、代碼可重用性好、效費(fèi)比高。
綜上所述，根據(jù)VC5.0、VB5.0、Delphi3.0（或其最新版Delphi4.0）三種流行RAD工具的不同特點(diǎn)，作者在開發(fā)Windows版“無線電話務(wù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”軟件過程中選擇了Delphi3.0，利用Delphi的IDE環(huán)境編寫VCL構(gòu)件，結(jié)合虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（.vxd）實(shí)現(xiàn)⑴的功能。
２、VCL構(gòu)件主要屬性、方法、事件、過程介紹
⑴通用屬性、方法、過程
·ActiveHW:Boolean：該屬性只讀且運(yùn)行時(shí)有效，如果虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序正常工作，則ActiveHW為True，否則為False。
·OpenDriver：該方法加載虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，為其分配內(nèi)存，使程序具有直接訪問系統(tǒng)硬件的能力。如果虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序加載成功，ActiveHW屬性被設(shè)置為True，否則為False。
·CloseDriver：該方法關(guān)閉虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，釋放為其分配的內(nèi)存。如果虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序關(guān)閉成功，ActiveHW被設(shè)置為False。
⑵I/O端口訪問
·HardAccess:Boolean：該屬性決定虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序采用何種方式訪問I/O端口。如果HardAccess為False，I/O訪問速度較快，但若指定I/O地址已被其它驅(qū)動(dòng)程序占用，I/O訪問可能失敗；如果HardAccess為True，I/O訪問速度稍慢，但能保證若指定I/O地址已被其它驅(qū)動(dòng)程序占用，I/O訪問仍能進(jìn)行。
·Port[Index:Word]:Byte：該方法數(shù)據(jù)類型為Byte—字節(jié)。（讀／寫指定地址的I/O端口，參數(shù)Index為指定I/O端口地址，數(shù)據(jù)類型為Word—字，下同）
·PortW[Index:Word]:Word：該方法數(shù)據(jù)類型為Word—字。
·PortL[Index:Word]:dWord：該方法數(shù)據(jù)類型為DWord—雙字。
I/O讀寫代碼實(shí)例：
withmyPortdo
begin
{...}
Port[$2F0]:=$47;//向地址為2F0H的I/O端口寫一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)47H
{...}
myInpute:=Port[$2F9];//從地址為2F9H的I/O端口讀一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并賦給變量
//myInpute
{...}
end;
⑶硬件中斷調(diào)用
與DOS不同，在Windows操作系統(tǒng)中，硬件中斷調(diào)用功能被隱藏或屏蔽起來，Windows一般不允許直接調(diào)用硬件中斷。為此，需使用以下屬性、事件、方法：
·OnHwInterrupt:TnotifyEvent：該事件通知系統(tǒng)一個(gè)硬件中斷已經(jīng)被調(diào)用。應(yīng)將中斷服務(wù)程序放在該事件中。
·IRQNumber:Byte：該屬性指定欲調(diào)用的中斷號(hào)（IRQ1—15），不支持0號(hào)中斷（IRQ0—系統(tǒng)時(shí)鐘）。
·SetIRQ：該方法將IRQNumber指定的中斷分配給OnHwInterrrupt過程，并將IsIRQSet屬性設(shè)置為True。
·UnmaskInterrupt：該方法解除Windows對(duì)IRQNumber指定中斷的屏蔽，當(dāng)中斷產(chǎn)生時(shí)，將調(diào)用OnHWInterrupt事件，并將Masked屬性設(shè)置為False。
·MaskInterrupt：該方法恢復(fù)Windows對(duì)IRQNumber指定中斷的屏蔽，并將Masked屬性設(shè)置為True。
·DestroyIRQ：該方法釋放為解除屏蔽由IRQNumber指定中斷分配的內(nèi)存空間，并將IsIRQSet屬性設(shè)置為False，Masked屬性設(shè)置為True。
·IsIRQSet:Boolean：該屬性只讀，如果SetIRQ設(shè)置中斷成功，IsIRQSet屬性被設(shè)置為True，否則為False。
·Masked:Boolean：該屬性只讀，如果中斷設(shè)置成功，Masked為False，否則為False。
3、AX5412數(shù)據(jù)采集板性能簡(jiǎn)介
與其它產(chǎn)品（如MS1215）相比，AX5412具有許多優(yōu)越性能。限于篇幅，本文無法對(duì)產(chǎn)品特性、開關(guān)描述、用戶連接、引腳功能、板上寄存器結(jié)構(gòu)和格式等逐一介紹，僅簡(jiǎn)要介紹與接口編程有關(guān)的重要部分，以便閱讀下文所述程序時(shí)理解。
⑴采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為9us。
⑵可編程增益控制。
⑶開關(guān)選擇單端16通道模擬輸入或差動(dòng)8通道模擬輸入（可抑制嗓聲，得到高精度A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果）。
⑷占用16個(gè)連續(xù)I/O端口地址，通過板上基地址選擇開關(guān)設(shè)置基地址，默認(rèn)為300H。
⑸`定時(shí)器基頻率選擇開關(guān)（J3）：AX5412自帶一片8254計(jì)數(shù)／定時(shí)器，8254中的計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2在內(nèi)部串聯(lián)起來產(chǎn)生一個(gè)固定周期信號(hào)作為A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)源。有兩個(gè)基頻率1MHZ或10MHZ通過J3選擇，默認(rèn)為1MHZ。級(jí)聯(lián)定時(shí)器的頻率由下式確定：
除數(shù)1和除數(shù)2分別對(duì)應(yīng)于8254計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2設(shè)定的計(jì)數(shù)值（2~65535，計(jì)數(shù)器是16位的）。計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2值串聯(lián)相當(dāng)于一個(gè)32位的計(jì)數(shù)器，可以用于時(shí)間很長(zhǎng)的定時(shí)。
⑹A/D數(shù)據(jù)寄存器（基址+0和基址+1）
·基址+0（讀）：低4位說明進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的通道號(hào)（0~15）；高4位是A/D轉(zhuǎn)換值的低4位。
·基址+0（寫）：寫任意值即實(shí)施軟件觸發(fā)開始A/D轉(zhuǎn)換。
·基址+1（讀）：A/D轉(zhuǎn)換值的高8位。
⑺轉(zhuǎn)換通道控制寄存器（基址+2，讀／寫）：低4位表示多通道A/D轉(zhuǎn)換的開始通道，高4位表示多通道A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束通道。如低4位和高4位寫入的值相同，表示單一通道連續(xù)采樣。
⑻0通道D/A輸出（基址+4和基址+5，寫）
·基址+4：寫該寄存器高4位輸出D/A0低4位，該寄存器低4位無效。
·基址+5：寫該寄存器8位輸出D/A0高8位。
⑼1通道D/A輸出（基址+6和基址+7，寫）
·基址+6：寫該寄存器高4位輸出D/A1低4位，該寄存器低4位無效。
·基址+7：寫該寄存器8位輸出D/A1高8位。
⑽狀態(tài)寄存器（基址+8）
·讀：第7位（A/D轉(zhuǎn)換完成位）EOC表示A/D轉(zhuǎn)換是否完成。若EOC=0，A/D轉(zhuǎn)換已完成，可以讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；若EOC=1，A/D轉(zhuǎn)換未完成。當(dāng)開始讀取數(shù)據(jù)，EOC被重新置1。
·寫：向該寄存器寫任何值清除中斷請(qǐng)求。在實(shí)際中斷服務(wù)程序中，在開中斷前應(yīng)先清中斷，再利用控制寄存器（基址+9）開中斷。
⑾控制寄存器（基址+9）
·0~1位：控制啟動(dòng)A/D的觸發(fā)源。
·2位：為1，DMA方式有效；為0，DMA方式無效。
·4~6位：選擇中斷級(jí)別。（PC機(jī)8259中斷控制器管理的中斷中，中斷2系統(tǒng)未用，一般選2級(jí)中斷）
⑿定時(shí)器控制寄存器（基址+10，寫）
·0位：若為1，表示AX5412板上8254計(jì)數(shù)器中由計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2串聯(lián)成的定時(shí)器觸發(fā)起作用；否則，不起作用。
⒀增益控制寄存器（基址+11，讀／寫）：低4位組合表示增益。
㈡、編程實(shí)例
以下程序均以AX5412為例。
1、軟件啟動(dòng)，查詢管理
·A/D輪換：
設(shè)有一模擬輸入信號(hào)單端輸入，輸入10通道，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸入計(jì)算機(jī)。
{...}
var
constBasea:Word=$300;//AX5412默認(rèn)基地址為300H
{...}
procedureAdc:Integer;//A/D轉(zhuǎn)換
var
state:Byte;//讀取A/D轉(zhuǎn)換完成位
al:Byte;//A/D轉(zhuǎn)換低4位
ah:Byte;//A/D轉(zhuǎn)換高8位
adval:Integer;//A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果
begin
withmyPortdo
begin
Port[Basea+2]:=$AAH;//10通道單通道連續(xù)采樣,170D=AAH
Port[Basea+11]:=0;//增益為1
Port[Basea+9]:=0;//軟件啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換
Port[Basea]:=0;//開始A/D轉(zhuǎn)換
repeat
state:=Port[Basea+8];
untilband$80=$80;//檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換完成情況
al:=Port[Basea];//讀A/D轉(zhuǎn)換值低4位
ah:=Port[Basea+1];//讀A/D轉(zhuǎn)換值高8位
adval:=(al/16)or(ah*16);//計(jì)算12位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果
Adc:=adval;//返回值
end;
end;
·D/A轉(zhuǎn)換：
設(shè)將一模擬控制電壓Volt從D/A1通道輸出，控制某一對(duì)象。
說明：AX5412數(shù)字量輸出滿量程（即12位均為1時(shí)，數(shù)字值為4095D）時(shí)輸出的模擬電壓為5伏。
procedureDac(Volt:Float);//D/A轉(zhuǎn)換
var
al:Integer;//D/A轉(zhuǎn)換低4位
ah:Integer;//D/A轉(zhuǎn)換高8位
daval:Float;
begin
daval:=4095/5*Volt;//將欲輸出的模擬電壓值近似為數(shù)字值
ah:=Int(daval/16);//A/D轉(zhuǎn)換高8位
al:=Int(daval-ah*16)*16;//A/D轉(zhuǎn)換低4位
withmyPortdo
begin
Port[Basea+6]:=al;//取D/A通道1，輸出D/A轉(zhuǎn)換值低4位
Port[Basea+7]:=ah;//輸出D/A轉(zhuǎn)換值高8位
end;
end;
定時(shí)啟動(dòng)，中斷管理
設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為1024，采樣頻率為3000HZ，32位定時(shí)器采用1MHZ基頻率，連接PC機(jī)8259的2級(jí)中斷。
⑴設(shè)定采樣參數(shù)
Point:=1024;//采樣點(diǎn)數(shù)為1024
Count:=1000000/3000;//采樣頻率為3000HZ，Count為計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2級(jí)聯(lián)成的
//定時(shí)器的計(jì)數(shù)值
Count1:=2;//設(shè)定計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)值為2
Count2:=Int(Count/2);//計(jì)算計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)值
Low1:=2;//計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)值的低字節(jié)
High1:=0;//計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)值的高字節(jié)
Low2:=Count2mod256;//計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)值的低字節(jié)
High2:=Count2/256;//計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)值的高字節(jié)
withmyPortdo
begin
Port[Basea+11]:=0;//增益為1
Port[Basea+2]:=$11H;//通道1單通道連續(xù)采樣
Port[Basea+15]:=$74H;//選擇計(jì)數(shù)器1為工作計(jì)數(shù)器，按方式2工作，對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)
//行2次讀/寫操作，先低字節(jié)，后高字節(jié)
Port[Basea+13]:=Low1;//寫計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)值的低字節(jié)
Port[Basea+13]:=High1;//寫計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)值的高字節(jié)
Port[Basea+15]:=$B4H;//選擇計(jì)數(shù)器1為工作計(jì)數(shù)器，按方式2工作，對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)
//行2次讀/寫操作，先低字節(jié)，后高字節(jié)
Port[Basea+13]:=Low2;//寫計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)值的低字節(jié)
Port[Basea+13]:=High2;//寫計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)值的高字節(jié)
end;
⑵編寫中斷服務(wù)程序
procedureTForm1.myPortHwInterrupt(Sender:TObject);//中斷服務(wù)程序
{...}
ImportHigh:=Port[Basea+1];//讀A/D轉(zhuǎn)換高8位
ImportLow:=Port[Basea];//讀A/D轉(zhuǎn)換高8位
Sample[i]:=ImportHigh*16orImportLow/16;//計(jì)算12位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，并賦值給采
//樣數(shù)組
i:=i+1;
Port[Basea+8]:=0;//清中斷
end;
⑶設(shè)置中斷
withmyPortdo
begin
ifActiveHWthenCloseDriver
else
begin
OpenDriver;
ifnotActiveHWthen
begin
MessageBeep(0);
Application.MessageBox('系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)指定I/O端口未能成功打開！',
'請(qǐng)注意！',mb_OKormb_ICONHAND);
end
else
begin
IRQNumber:=2;
SetIRQ;
end;
end;
end;
⑷開中斷，進(jìn)行采樣
Port[Basea+9]:=$A3H;//選擇定時(shí)器觸發(fā)，連接PC機(jī)2級(jí)中斷，開中斷
Port[Basea+8]:=1;//選擇定時(shí)器觸發(fā)
i:=0;
whilei<>Pointdo;//等待中斷，每中斷一次采樣一個(gè)數(shù)據(jù)，直至采滿Point個(gè)點(diǎn)
⑸退出系統(tǒng)前關(guān)閉中斷
procedureTForm1.FormClose(Sender:TObject;varAction:TCloseAction);
begin
{...}
myPort.CloseDriver;
{...}
end;
在實(shí)際工作中，讀者應(yīng)根據(jù)具體數(shù)據(jù)采集板的硬件特性，參考上述方法，編寫數(shù)據(jù)采集、分析、輸出代碼。
參考文獻(xiàn)
沈蘭蓀.數(shù)據(jù)采集技術(shù).中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.1990
FrankEngo.使用Delphi3編程.電子工業(yè)出版社.1997
一九九九年一月
作者通信地址：（230031）安徽省合肥市炮兵學(xué)院研究生系９７級(jí)張建軍（收）
作者電話：（0551）5560324（宿舍直撥）（0551）5562566轉(zhuǎn)68750（研究生系值班室）
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