利用Delphi 3.0开发微机数据采集与处理软件系统

张 建 军 （中国人民解放军合肥炮兵学院研究生系）

摘要：结合开发“无线电话务模拟训练系统”Win32版软件的实例，本文详细介绍利用Delphi3.0开发微机数据采集与处理软件系统的方法。

关键词：Delphi ADC DAC

1. 微机数据采集与处理系统简介

数据采集与处理是计算机应用的一个重要分支，主要研究信息数据的采集、存贮、处理及控制等内容。70年代以来，由于微机技术的快速发展及其在军、民用工程领域的广泛应用，尤其是适于通用微机（如IBM PC系列）使用的板卡级数据采集产品的大量出现，以微机为核心的可编程数据采集与处理技术得到迅速发展。现在的微机，只需在其扩展槽内插上一块数据采集板，并辅以应用软件，即可组成一套微机数据采集与处理系统，实现信息处理和实时控制功能。

1. 数据采集与数据处理

数据采集与处理技术主要研究模数、数模转换（A/D、D/A）、数据处理等问题，需要计算机硬件电路和软件编程知识。

数据采集：为对温度、压力、流量、速度、位移、振动、噪声等物理量进行测控，首先通过传感器把上述物理量转换成模拟电信号，而后由A/D—D/A板将模拟电信号转换成时间、数值上量化且离散的数字量输入计算机系统。数据采集的核心是A/D转换。

数据处理：计算机根据被测控对象的需要，对采集到的数据进行数学分析运算，处理结果一方面送至显示器、打印机等外设，一方面由A/D—D/A板将数字量转换成模拟电信号输出，对外部物理量进行实时监控。数据处理的核心是数值处理和D/A转换。

２、微机数据采集与处理系统硬件组成

系统主要由被测控对象（设备）、A/D—D/A通道、开关量I/O通道、微机等组成，如图１所示。较复杂的系统包括单片机等多机系统。

图1 微机数据采集与处理系统硬件组成

３、与IBM PC兼容的板卡级数据采集产品

利用IBM PC系列微机及其兼容机I/O通道开放的设计特点，许多厂商已经设计出采用板卡级结构的数据采集产品。这类产品在一块印刷电路板上包括了模拟多路开关（MUX）、采样保持电路（S/H）、模数、数模转换器（ADC、DAC）等部件（有的板型还提供并行I/O接口8255，定时／计数器8254／8254等通用可编程芯片），采用IBM PC总线，可直接插入微机任一扩展槽。本文介绍台湾AXIOM公司生产的AX5412高速数据采集板，以及利用Delphi开发该产品A/D—D/A接口软件的方法。

1. 软件系统设计

㈠、预备知识

1. 软件开发工具的选择

   为开发基于Windows95／NT／98操作平台的３２位数据采集与处理系统，软件设计应符合以下需求：

   ⑴具有在Windows下实时访问80x86 CPU I/O端口、硬件中断调用等功能；

   ⑵支持３２位编程；

   ⑶代码执行速度快、界面友好、使用方便；

   ⑷开发周期短、代码可重用性好、效费比高。

   综上所述，根据VC5.0、VB5.0、Delphi3.0（或其最新版Delphi4.0）三种流行RAD工具的不同特点，作者在开发Windows版“无线电话务模拟训练系统”软件过程中选择了Delphi3.0，利用Delphi的IDE环境编写VCL构件，结合虚拟设备驱动程序（.vxd）实现⑴的功能。

   ２、VCL构件主要属性、方法、事件、过程介绍

   ⑴通用属性、方法、过程

   ·ActiveHW: Boolean：该属性只读且运行时有效，如果虚拟设备驱动程序正常工作，则ActiveHW为True，否则为False。

   ·OpenDriver：该方法加载虚拟设备驱动程序，为其分配内存，使程序具有直接访问系统硬件的能力。如果虚拟设备驱动程序加载成功，ActiveHW属性被设置为True，否则为False。

   ·CloseDriver：该方法关闭虚拟设备驱动程序，释放为其分配的内存。如果虚拟设备驱动程序关闭成功，ActiveHW被设置为False。

   ⑵I/O端口访问

   ·HardAccess: Boolean：该属性决定虚拟设备驱动程序采用何种方式访问I/O端口。如果HardAccess为False，I/O访问速度较快，但若指定I/O地址已被其它驱动程序占用，I/O访问可能失败；如果HardAccess为True，I/O访问速度稍慢，但能保证若指定I/O地址已被其它驱动程序占用，I/O访问仍能进行。

   ·Port[Index: Word]: Byte：该方法数据类型为Byte—字节。（读／写指定地址的I/O端口，参数Index为指定I/O端口地址，数据类型为Word—字，下同）

   ·PortW [Index: Word]: Word：该方法数据类型为Word—字。

   ·PortL [Index: Word]: dWord：该方法数据类型为DWord—双字。

   I/O读写代码实例：

   with myPort do

   begin

   {...}

   Port[$2F0]:=$47; //向地址为2F0H的I/O端口写一个字节的数据47H

   {...}

   myInpute:=Port[$2F9]; //从地址为2F9H的I/O端口读一个字节的数据，并赋给变量

   //myInpute

   {...}

   end;

   ⑶硬件中断调用

   与DOS不同，在Windows操作系统中，硬件中断调用功能被隐藏或屏蔽起来，Windows一般不允许直接调用硬件中断。为此，需使用以下属性、事件、方法：

   ·OnHwInterrupt: TnotifyEvent：该事件通知系统一个硬件中断已经被调用。应将中断服务程序放在该事件中。

   ·IRQNumber: Byte：该属性指定欲调用的中断号（IRQ1—15），不支持0号中断（IRQ0—系统时钟）。

   · SetIRQ：该方法将IRQNumber指定的中断分配给OnHwInterrrupt过程，并将IsIRQSet属性设置为True。

   ·UnmaskInterrupt：该方法解除Windows对IRQNumber指定中断的屏蔽，当中断产生时，将调用OnHWInterrupt事件，并将Masked属性设置为False。

   ·MaskInterrupt：该方法恢复Windows对IRQNumber指定中断的屏蔽，并将Masked属性设置为True。

   ·DestroyIRQ：该方法释放为解除屏蔽由IRQNumber指定中断分配的内存空间，并将IsIRQSet属性设置为False，Masked属性设置为True。

   ·IsIRQSet: Boolean：该属性只读，如果SetIRQ设置中断成功，IsIRQSet属性被设置为True，否则为False。

   ·Masked: Boolean：该属性只读，如果中断设置成功，Masked为False，否则为False。

   3、AX5412数据采集板性能简介

   与其它产品（如MS1215）相比，AX5412具有许多优越性能。限于篇幅，本文无法对产品特性、开关描述、用户连接、引脚功能、板上寄存器结构和格式等逐一介绍，仅简要介绍与接口编程有关的重要部分，以便阅读下文所述程序时理解。

   ⑴采用12位A/D转换器，A/D转换时间为9us。

   ⑵可编程增益控制。

   ⑶开关选择单端16通道模拟输入或差动8通道模拟输入（可抑制嗓声，得到高精度A/D转换结果）。

   ⑷占用16个连续I/O端口地址，通过板上基地址选择开关设置基地址，默认为300H。

   ⑸`定时器基频率选择开关（J3）：AX5412自带一片8254计数／定时器，8254中的计数器1和计数器2在内部串联起来产生一个固定周期信号作为A/D转换的触发源。有两个基频率1MHZ或10MHZ通过J3选择，默认为1MHZ。级联定时器的频率由下式确定：

   除数1和除数2分别对应于8254计数器1和计数器2设定的计数值（2~65535，计数器是16位的）。计数器1和计数器2值串联相当于一个32位的计数器，可以用于时间很长的定时。

   ⑹A/D数据寄存器（基址+0和基址+1）

   ·基址+0（读）：低4位说明进行A/D转换的通道号（0~15）；高4位是A/D转换值的低4位。

   ·基址+0（写）：写任意值即实施软件触发开始A/D转换。

   ·基址+1（读）：A/D转换值的高8位。

   ⑺转换通道控制寄存器（基址+2，读／写）：低4位表示多通道A/D转换的开始通道，高4位表示多通道A/D转换的结束通道。如低4位和高4位写入的值相同，表示单一通道连续采样。

   ⑻0通道D/A输出（基址+4和基址+5，写）

   ·基址+4：写该寄存器高4位输出D/A0低4位，该寄存器低4位无效。

   ·基址+5：写该寄存器8位输出D/A0高8位。

   ⑼1通道D/A输出（基址+6和基址+7，写）

   ·基址+6：写该寄存器高4位输出D/A1低4位，该寄存器低4位无效。

   ·基址+7：写该寄存器8位输出D/A1高8位。

   ⑽状态寄存器（基址+8）

   ·读：第7位（A/D转换完成位）EOC表示A/D转换是否完成。若EOC=0，A/D转换已完成，可以读取A/D转换数据；若EOC=1，A/D转换未完成。当开始读取数据，EOC被重新置1。

   ·写：向该寄存器写任何值清除中断请求。在实际中断服务程序中，在开中断前应先清中断，再利用控制寄存器（基址+9）开中断。

   ⑾控制寄存器（基址+9）

   ·0~1位：控制启动A/D的触发源。

   ·2位：为1，DMA方式有效；为0，DMA方式无效。

   ·4~6位：选择中断级别。（PC机8259中断控制器管理的中断中，中断2系统未用，一般选2级中断）

   ⑿定时器控制寄存器（基址+10，写）

   ·0位：若为1，表示AX5412板上8254计数器中由计数器1和计数器2串联成的定时器触发起作用；否则，不起作用。

   ⒀增益控制寄存器（基址+11，读／写）：低4位组合表示增益。

   ㈡、编程实例

   以下程序均以AX5412为例。

   1、软件启动，查询管理

   ·A/D轮换：

   设有一模拟输入信号单端输入，输入10通道，现对其进行A/D转换，输入计算机。

   {...}

   var

   const Basea:Word=$300;//AX5412默认基地址为300H

   {...}

   procedure Adc:Integer;//A/D转换

   var

   state :Byte;//读取A/D转换完成位

   al :Byte;//A/D转换低4位

   ah :Byte;//A/D转换高8位

   adval :Integer;//A/D转换结果

   begin

   with myPort do

   begin

   Port[Basea+2]:=$AAH;//10通道单通道连续采样,170D=AAH

   Port[Basea+11]:=0;//增益为1

   Port[Basea+9]:=0;//软件启动A/D转换

   Port[Basea]:=0;//开始A/D转换

   repeat

   state:=Port[Basea+8];

   until b and $80=$80;//检测A/D转换完成情况

   al:=Port[Basea];//读A/D转换值低4位

   ah:=Port[Basea+1];//读A/D转换值高8位

   adval:=(al / 16) or (ah * 16);//计算12位A/D转换结果

   Adc:=adval;//返回值

   end;

   end;

   ·D/A转换：

   设将一模拟控制电压Volt从D/A1通道输出，控制某一对象。

   说明：AX5412数字量输出满量程（即12位均为1时，数字值为4095D）时输出的模拟电压为5伏。

   procedure Dac(Volt:Float);//D/A转换

   var

   al :Integer;//D/A转换低4位

   ah :Integer;//D/A转换高8位

   daval :Float;

   begin

   daval:=4095/5*Volt;//将欲输出的模拟电压值近似为数字值

   ah:=Int(daval/16);//A/D转换高8位

   al:=Int(daval-ah*16)*16;//A/D转换低4位

   with myPort do

   begin

   Port[Basea+6]:=al;//取D/A通道1，输出D/A转换值低4位

   Port[Basea+7]:=ah;//输出D/A转换值高8位

   end;

   end;

2. 定时启动，中断管理

设采样点数为1024，采样频率为3000HZ，32位定时器采用1MHZ基频率，连接PC机8259的2级中断。

⑴设定采样参数

Point:=1024;//采样点数为1024

Count:=1000000/3000;//采样频率为3000HZ，Count为计数器1和计数器2级联成的

//定时器的计数值

Count1:=2;//设定计数器1的计数值为2

Count2:=Int(Count/2);//计算计数器1的计数值

Low1:=2;//计数器1计数值的低字节

High1:=0;//计数器1计数值的高字节

Low2:=Count2 mod 256;//计数器2计数值的低字节

High2:=Count2/256;//计数器2计数值的高字节

with myPort do

begin

Port[Basea+11]:=0;//增益为1

Port[Basea+2]:=$11H;//通道1单通道连续采样

Port[Basea+15]:=$74H;//选择计数器1为工作计数器，按方式2工作，对计数器进

//行2次读/写操作，先低字节，后高字节

Port[Basea+13]:=Low1;//写计数器1计数值的低字节

Port[Basea+13]:=High1;//写计数器1计数值的高字节

Port[Basea+15]:=$B4H;//选择计数器1为工作计数器，按方式2工作，对计数器进

//行2次读/写操作，先低字节，后高字节

Port[Basea+13]:=Low2;//写计数器2计数值的低字节

Port[Basea+13]:=High2;//写计数器2计数值的高字节

end;

⑵编写中断服务程序

procedure TForm1.myPortHwInterrupt(Sender: TObject);//中断服务程序

{...}

ImportHigh:=Port[Basea+1];//读A/D转换高8位

ImportLow:=Port[Basea];//读A/D转换高8位

Sample[i]:=ImportHigh*16 or ImportLow/16;//计算12位A/D转换结果，并赋值给采

//样数组

i:=i+1;

Port[Basea+8]:=0;//清中断

end;

⑶设置中断

with myPort do

begin

if ActiveHW then CloseDriver

else

begin

OpenDriver;

if not ActiveHW then

begin

MessageBeep(0);

Application.MessageBox('系统发现指定I/O端口未能成功打开！',

'请注意！',mb_OK or mb_ICONHAND);

end

else

begin

IRQNumber:=2;

SetIRQ;

end;

end;

end;

⑷开中断，进行采样

Port[Basea+9]:=$A3H;//选择定时器触发，连接PC机2级中断，开中断

Port[Basea+8]:=1;//选择定时器触发

i:=0;

while i<>Point do ;//等待中断，每中断一次采样一个数据，直至采满Point个点

⑸退出系统前关闭中断

procedure TForm1.FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);

begin

{...}

myPort.CloseDriver;

{...}

end;

在实际工作中，读者应根据具体数据采集板的硬件特性，参考上述方法，编写数据采集、分析、输出代码。

参考文献

1. 沈兰荪.数据采集技术.中国科学技术大学出版社.1990
2. Frank Engo.使用Delphi 3编程.电子工业出版社.1997

                       一九九九年一月

作者通信地址：（230031）安徽省合肥市炮兵学院研究生系９７级 张建军（收）

作者电话：（0551）5560324（宿舍直拨） （0551）5562566转68750（研究生系值班室）

作者E_mail： HYPERLINK mailto:DavidHY@263.net

DavidHY@263.net

专题栏目

最新推荐

相关文章

基于Windows Media技术的
域名解析系统及配置
基于Domino/Notes的企业
线性系统龙伯格能控规范
软件过程RUP初探
Windos9x下的双机通信
基于Client/Server数据完
Windows NT/2000系统下进
向IC卡系统集成业务投资
XML在网络教育信息标准化