微功耗數據采集系統的開發應用

寄存器0用于CF卡的數據讀寫。CF為了節省I／O資源，有些I／0端口是復用的，寄存器1在讀操作時為錯誤寄存器，寫操作時為特征寄存器。寄存器2的作用是設定要讀寫扇區的數目。寄存器3～6是用來尋址要讀寫的具體扇區位置，一般的IDE硬盤有CHS和LBA兩種尋址模式，CF卡工作在TRUE IDE模式下也有這兩種尋址模式，CHS(Cylinder／Head／Sector)是扇區對應的具體柱面、磁頭、和扇區的地址；邏輯塊尋址方式LBA(Logical Block Addressing)在邏輯上是連續的，比較方便，所以軟件實現上采用這種方式對CF卡的扇區進行訪問。寄存器7在讀操作時是狀態寄存器，主控器可以得到CF卡的有關狀態信息；寫操作時是命令寄存器，通過設置命令，主控制器操作CF卡完成特定的功能。
讀寫扇區時，首先需要設置起始扇區的LBA地址和扇區數目，并設置命令寄存器，讀取數據設置命令“20H”，寫入數據設置命令“30H”。然后讀取狀態寄存器，判斷狀態寄存器是否為“58H”。若為是，則開始讀寫操作；若為否則繼續讀取狀態寄存器。接下來讀狀態寄存器是否為“50H”，判斷CF卡操作是否完成。若為否，則繼續讀取判斷；若為是，則結束讀寫過程。如果在判斷狀態寄存器中發生了超時或出現錯誤，則設置超時或錯誤標志，并跳出讀寫過程。圖4為CF卡讀寫一個扇區的流程圖。

由于對CF卡的操作是以扇區位單位，在單片機內部RAM開辟了兩個大小為1 kByte的緩沖區，每個緩沖區的數據正好可以寫滿CF卡的兩個扇區，AD采集的數據先存儲在緩沖區，當存滿一個緩沖區后，設置CF的LBA地址、扇區數目及寫命令，把緩沖區內的數據寫入CF卡，同時AD采集的數據存儲在另外一個緩沖區。
CF卡如果要通過讀卡器在計算機上直接讀取數據，CF卡中的文件系統必須與計算機的文件系統一致，現在計算機的文件系統有FATl6、FAT32及NTFS等。由于微功耗單片機處理能力有限，在采樣周期內完成數據采集及數據存儲的工作后，所剩時間已經不多，如果再加上處理文件系統的程序，勢必影響系統數據采集的實時性。在本設計的程序里并沒有將數據寫成文件系統，而是從數據扇區對應的LBA地址開始從小到大依次將數據寫入扇區，直到寫滿整個CF卡。在讀取數據時，利用磁盤操作函數編寫一個小的VC程序，將CF卡中數據依次讀出并存為文件存儲在計算機的硬盤里，讀取的扇區及文件的大小也可以方便地設置，非常靈活。這樣也就在處理器能力有限的情況下實現了系統的實時數據采集和存儲。

4 結論
采取這種設計方法使整個采集系統的功耗大大減小，經測量，整個系統功耗為150mW。采用高能鋰離子電池作為系統電源，使整個系統輕松裝入一個內徑為15cm，高15cm的圓柱形密封罐內，體積的減小也更加有利于系統在水下的布放。該系統經過在吉林松花湖試驗，能夠穩定可靠地工作，實時采集并存儲水下環境的噪聲和過往船只的噪聲數據。