Windows95下智能数据采集系统

触发器74HC74的预置和清零功能提供传输数据所需的握手信号。用八D锁存器74HC573完成单片机传出数据的锁存。在单片机向PC机送数时，单片机先将数据锁存在74HC573中。74HC573的输出端接到微机并行口的数据寄存器的输入端。数据锁存后，单片机将74HC74的清零端CD清零，使输出端Q输出低电平，Q端同时送至并行口的状态寄存器，通知PC机可以取数。PC机检测到这一信号后，经控制口选通数据锁存器，将锁存的数据取出，并将触发器置位端SD置1，使Q端输出高电平，通知单片机数已取出，可以送下一个数据了。单片机检测到触发器Q端输出变为高电平后，又将1个新数据锁存至74HC573中，同时使触发器输出电平翻转，通知PC机取数。如此往复，直到PC机不再需要读数为止。值得注意的是：为了避免由于时序的不匹配造成的清零和置位端同时有效，在单片机（PC机）进行清零（置位）前，应对PC机（单片机）的置位（清零）端进行检测；而为了避免数据的传输错误，每发16个数据即进行1次累加器和与异或和校验。PC机如发现检验结果错误，即通知单片机重发刚才的16个数。

采用这种电路进行并口通道，电路设计简单，只需1片74HC573和1片74HC74即可实现。74HC573和74HC74的使用都很简单，使得程序编制也很容易，大大提高了传输速度。

2.单片机与RAM间的数据交换

在并口通信中引入RAM，是为了解决Windows下应用程序在数据采集时无法及时响应消息的问题。RAM在系统中起到了“蓄水池”的作用：数据采集卡上单片机89C51以200Hz的采样率在定时中断内读取模/数转换器MAX126各通道转换结果，送入外部RAM中暂存；而在主程序内，则将RAM中存储的数据取出，通过并口通信传给笔记本电脑。数据在RAM中以循环队列方式存储。这样，在Windows响应其他消息，笔记本电脑速度较慢时，采入的数据在RAM中暂存；而在笔记本电脑速度快时，单片机将RAM中存储的数据取出传出。因为总体来讲笔记本电脑的速度是足以在中断时间内传完RAM中存储的数据的。所以只要RAM的存储量足够大（几倍于Windows响应其他消息可能花费的最大时间），就可以保证数据的连续传输。单片机与RAM数据交换流程如图4所示。

3.最高采样率的限制

对最高采样率的讨论可以分为两种情况：实时传输和非实时传输。

在实时传输时，像前面提到的那样，单片机采集到数据，在定时中断内经RAM暂存，在定时断外则不断经并口向PC机发送。因而采集系统的最高采样率由于受到单片机与RAM间数据交换以及与PC机并口通信指令执行时间的限制，并假设在使用89C51，12MHz晶振时，采样数据精度是单字节的，则单通道采样率不应高于32kHz。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

如果对数据处理的实时性要求不高，允许对信号进行事后处理，则可以选择非实时传输方式。即在单片机采集到数据后，放入大容量RAM中存储，而不向PC机送数。在全部数据采集完成后，才进行单片机与PC机的并口通信，将RAM中存储的数据一次送入PC机。非实时传输方式的最高采样率不受单片机与RAM间地址比较以及并口的数据通过率的限制，使采样的定时分辨率可以小于（1/32）ms。

采用以上原理实现的一套生理电数据采集系统，单片机使用12MHz晶振，可以以500Hz的采样率，进行16通道生理电信号的实时采集和处理。如果采用更高的晶振频率，或采用较少的通道数，这一采样率还可以进一步提高。

小结

本文提出了一种智能数据采集系统。用编程简单、定时分辨率高、工作可靠的单片机定时取代了编程繁复、定时分辨率低、工作不可靠的Windows95下的定时。由单片机板上RAM的“蓄水池"的作用解决了Windows 95在定时采样时响应消息的问题。不但解决了Windows 95环境下短消息的问题。不但解决了Windows 95环境下短时间定时不准确的难题，又简化了用户的应用程序。单片机还可以对采入的数据进行预处理，节省主机处理数据的时间。使PC机的应用程序可以不考虑定时问题，集中精力进行数据采入后的处理工作。

在数据采集系统与主机间采用间采用并行口通信，不但解决了Windows 95下的时采样问题，提高了系统的数据通过率，还使整个系统结构简单、高效、可靠。同时带来了一系列的好处：不须像目前常用的内插式数据采集卡那样占用PC机内的一个扩展槽，而且可以和笔记本电脑相连接，携带方便，使用安全，对采集的信号造成的干扰小，从而实现了对信号的高性能采集。

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