基于單片機的軌道壓力測試儀的實現

系統軟件設計
1 采樣和數據處理
①AD7705的讀寫時序
AD7705通過四線SPI與單片機通信，其讀寫時序圖如圖5(a)、(b)所示，讀寫過程中串行數據高位在前，低位在后。DRDY為低電平說明A/D已經轉換完畢，數據已準備好，可以啟動讀寫指令。任何時候要對AD7705進行讀寫操作都須檢查DRDY是否為低。

圖5 AD7705讀寫時序圖

②AD7705的寄存器
第一個是通信寄存器(communication Register)，選擇采集通道、下一次操作是讀還是寫，以及下一次讀寫哪一個寄存器。
第二個是設置寄存器（Setup Register），決定校準模式、增益設置、極性設置以及緩沖模式。
第三個是時鐘寄存器(CLOCK Register)，設置濾波器記憶時鐘控制位。
軟件編程思路也是按這個順序寫的，先設置通信寄存器，其次寫設置寄存器，最后設置時鐘寄存器。設置完之后，只要檢測到DRDY為低電平，就可以啟動時鐘來讀取AD7705數據寄存器中已轉換好的數據。
2 數據處理算法思路
數據處理主要是將電壓信號轉換成壓力值，將采集來的數據進行轉換。已知：傳感器的參數為10mV對應的是30kN，A/D的滿量程電壓為1.5V，設采集的A/D值為K，設換算后的壓力為X，10mV對應的A/D值為D，增益為64，則由以上參數可求出：
(1)
(2)
式(2)就是轉換后的壓力值和采集的A/D值的關系。
因為單片機不支持浮點運算，為了能精確的顯示結果，用軟件模擬浮點除法運算，其主要思想是：定義一整型變量INTD，將除的結果存入INTD中，因為是整型變量，所以除法的結果只取了整數部分，例如5/4=1，模擬除法的算法主要依據這一特性。
第一步，如果采集來的值K大于932，K/932存入整型變量中即可得到整數部分。
第二步，用K對932取余得到R，顯然R小于932，然后得到小數點后第一位，再用R×10對932取余得到R1，小數點后第二位,以此類推，得到小數點后第三位dec3。
第三步，如果采集來的值K小于932，直接進行第二步操作。
第四步，與邏輯零點進行比較，得到理論壓力值，并進行BCD轉換在數碼管上顯示。

圖6 軟件流程圖

3 程序編程思路及流程圖
系統軟件編程采用狀態機機制，上電之后進行各個模塊的初始化，包括I/O口初始化、定時器初始化、SPI初始化等。初始化完后進入系統循環，在循環體中根據任務標志位進行任務處理，主要任務有：欠壓處理、數據采集、睡眠、關機等。在數據處理時，先采集通道2的值，然后采集通道1，如果傳感器未接，則采集來的值為零或者近似零，系統報警等待。如果采集來的值大于零，則參與運算。求出理論值顯示。