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利用Delphi 3.0開發微機數據采集與處理軟件系統
張建軍（中國人民解放軍合肥炮兵學院研究生系）摘要：結合開發“無線電話務模擬訓練系統”Win32版軟件的實例，本文詳細介紹利用Delphi3.0開發微機數據采集與處理軟件系統的方法。
關鍵詞：DelphiADCDAC
微機數據采集與處理系統簡介
數據采集與處理是計算機應用的一個重要分支，主要研究信息數據的采集、存貯、處理及控制等內容。70年代以來，由于微機技術的快速發展及其在軍、民用工程領域的廣泛應用，尤其是適于通用微機（如IBMPC系列）使用的板卡級數據采集產品的大量出現，以微機為核心的可編程數據采集與處理技術得到迅速發展。現在的微機，只需在其擴展槽內插上一塊數據采集板，并輔以應用軟件，即可組成一套微機數據采集與處理系統，實現信息處理和實時控制功能。
數據采集與數據處理
數據采集與處理技術主要研究模數、數模轉換（A/D、D/A）、數據處理等問題，需要計算機硬件電路和軟件編程知識。
數據采集：為對溫度、壓力、流量、速度、位移、振動、噪聲等物理量進行測控，首先通過傳感器把上述物理量轉換成模擬電信號，而后由A/D—D/A板將模擬電信號轉換成時間、數值上量化且離散的數字量輸入計算機系統。數據采集的核心是A/D轉換。
數據處理：計算機根據被測控對象的需要，對采集到的數據進行數學分析運算，處理結果一方面送至顯示器、打印機等外設，一方面由A/D—D/A板將數字量轉換成模擬電信號輸出，對外部物理量進行實時監控。數據處理的核心是數值處理和D/A轉換。
２、微機數據采集與處理系統硬件組成
系統主要由被測控對象（設備）、A/D—D/A通道、開關量I/O通道、微機等組成，如圖１所示。較復雜的系統包括單片機等多機系統。
圖1微機數據采集與處理系統硬件組成
３、與IBMPC兼容的板卡級數據采集產品
利用IBMPC系列微機及其兼容機I/O通道開放的設計特點，許多廠商已經設計出采用板卡級結構的數據采集產品。這類產品在一塊印刷電路板上包括了模擬多路開關（MUX）、采樣保持電路（S/H）、模數、數模轉換器（ADC、DAC）等部件（有的板型還提供并行I/O接口8255，定時／計數器8254／8254等通用可編程芯片），采用IBMPC總線，可直接插入微機任一擴展槽。本文介紹臺灣AXIOM公司生產的AX5412高速數據采集板，以及利用Delphi開發該產品A/D—D/A接口軟件的方法。
軟件系統設計
㈠、預備知識
軟件開發工具的選擇
為開發基于Windows95／NT／98操作平臺的３２位數據采集與處理系統，軟件設計應符合以下需求：
⑴具有在Windows下實時訪問80x86CPUI/O端口、硬件中斷調用等功能；
⑵支持３２位編程；
⑶代碼執行速度快、界面友好、使用方便；
⑷開發周期短、代碼可重用性好、效費比高。
綜上所述，根據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，作者在開發Windows版“無線電話務模擬訓練系統”軟件過程中選擇了Delphi3.0，利用Delphi的IDE環境編寫VCL構件，結合虛擬設備驅動程序（.vxd）實現⑴的功能。
２、VCL構件主要屬性、方法、事件、過程介紹
⑴通用屬性、方法、過程
·ActiveHW:Boolean：該屬性只讀且運行時有效，如果虛擬設備驅動程序正常工作，則ActiveHW為True，否則為False。
·OpenDriver：該方法加載虛擬設備驅動程序，為其分配內存，使程序具有直接訪問系統硬件的能力。如果虛擬設備驅動程序加載成功，ActiveHW屬性被設置為True，否則為False。
·CloseDriver：該方法關閉虛擬設備驅動程序，釋放為其分配的內存。如果虛擬設備驅動程序關閉成功，ActiveHW被設置為False。
⑵I/O端口訪問
·HardAccess:Boolean：該屬性決定虛擬設備驅動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地址已被其它驅動程序占用，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地址已被其它驅動程序占用，I/O訪問仍能進行。
·Port[Index:Word]:Byte：該方法數據類型為Byte—字節。（讀／寫指定地址的I/O端口，參數Index為指定I/O端口地址，數據類型為Word—字，下同）
·PortW[Index:Word]:Word：該方法數據類型為Word—字。
·PortL[Index:Word]:dWord：該方法數據類型為DWord—雙字。
I/O讀寫代碼實例：
withmyPortdo
begin
{...}
Port[$2F0]:=$47;//向地址為2F0H的I/O端口寫一個字節的數據47H
{...}
myInpute:=Port[$2F9];//從地址為2F9H的I/O端口讀一個字節的數據，并賦給變量
//myInpute
{...}
end;
⑶硬件中斷調用
與DOS不同，在Windows操作系統中，硬件中斷調用功能被隱藏或屏蔽起來，Windows一般不允許直接調用硬件中斷。為此，需使用以下屬性、事件、方法：
·OnHwInterrupt:TnotifyEvent：該事件通知系統一個硬件中斷已經被調用。應將中斷服務程序放在該事件中。
·IRQNumber:Byte：該屬性指定欲調用的中斷號（IRQ1—15），不支持0號中斷（IRQ0—系統時鐘）。
·SetIRQ：該方法將IRQNumber指定的中斷分配給OnHwInterrrupt過程，并將IsIRQSet屬性設置為True。
·UnmaskInterrupt：該方法解除Windows對IRQNumber指定中斷的屏蔽，當中斷產生時，將調用OnHWInterrupt事件，并將Masked屬性設置為False。
·MaskInterrupt：該方法恢復Windows對IRQNumber指定中斷的屏蔽，并將Masked屬性設置為True。
·DestroyIRQ：該方法釋放為解除屏蔽由IRQNumber指定中斷分配的內存空間，并將IsIRQSet屬性設置為False，Masked屬性設置為True。
·IsIRQSet:Boolean：該屬性只讀，如果SetIRQ設置中斷成功，IsIRQSet屬性被設置為True，否則為False。
·Masked:Boolean：該屬性只讀，如果中斷設置成功，Masked為False，否則為False。
3、AX5412數據采集板性能簡介
與其它產品（如MS1215）相比，AX5412具有許多優越性能。限于篇幅，本文無法對產品特性、開關描述、用戶連接、引腳功能、板上寄存器結構和格式等逐一介紹，僅簡要介紹與接口編程有關的重要部分，以便閱讀下文所述程序時理解。
⑴采用12位A/D轉換器，A/D轉換時間為9us。
⑵可編程增益控制。
⑶開關選擇單端16通道模擬輸入或差動8通道模擬輸入（可抑制嗓聲，得到高精度A/D轉換結果）。
⑷占用16個連續I/O端口地址，通過板上基地址選擇開關設置基地址，默認為300H。
⑸`定時器基頻率選擇開關（J3）：AX5412自帶一片8254計數／定時器，8254中的計數器1和計數器2在內部串聯起來產生一個固定周期信號作為A/D轉換的觸發源。有兩個基頻率1MHZ或10MHZ通過J3選擇，默認為1MHZ。級聯定時器的頻率由下式確定：
除數1和除數2分別對應于8254計數器1和計數器2設定的計數值（2~65535，計數器是16位的）。計數器1和計數器2值串聯相當于一個32位的計數器，可以用于時間很長的定時。
⑹A/D數據寄存器（基址+0和基址+1）
·基址+0（讀）：低4位說明進行A/D轉換的通道號（0~15）；高4位是A/D轉換值的低4位。
·基址+0（寫）：寫任意值即實施軟件觸發開始A/D轉換。
·基址+1（讀）：A/D轉換值的高8位。
⑺轉換通道控制寄存器（基址+2，讀／寫）：低4位表示多通道A/D轉換的開始通道，高4位表示多通道A/D轉換的結束通道。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狀態寄存器（基址+8）
·讀：第7位（A/D轉換完成位）EOC表示A/D轉換是否完成。若EOC=0，A/D轉換已完成，可以讀取A/D轉換數據；若EOC=1，A/D轉換未完成。當開始讀取數據，EOC被重新置1。
·寫：向該寄存器寫任何值清除中斷請求。在實際中斷服務程序中，在開中斷前應先清中斷，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A/D的觸發源。
·2位：為1，DMA方式有效；為0，DMA方式無效。
·4~6位：選擇中斷級別。（PC機8259中斷控制器管理的中斷中，中斷2系統未用，一般選2級中斷）
⑿定時器控制寄存器（基址+10，寫）
·0位：若為1，表示AX5412板上8254計數器中由計數器1和計數器2串聯成的定時器觸發起作用；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、編程實例
以下程序均以AX5412為例。
1、軟件啟動，查詢管理
·A/D輪換：
設有一模擬輸入信號單端輸入，輸入10通道，現對其進行A/D轉換，輸入計算機。
{...}
var
constBasea:Word=$300;//AX5412默認基地址為300H
{...}
procedureAdc:Integer;//A/D轉換
var
state:Byte;//讀取A/D轉換完成位
al:Byte;//A/D轉換低4位
ah:Byte;//A/D轉換高8位
adval:Integer;//A/D轉換結果
begin
withmyPortdo
begin
Port[Basea+2]:=$AAH;//10通道單通道連續采樣,170D=AAH
Port[Basea+11]:=0;//增益為1
Port[Basea+9]:=0;//軟件啟動A/D轉換
Port[Basea]:=0;//開始A/D轉換
repeat
state:=Port[Basea+8];
untilband$80=$80;//檢測A/D轉換完成情況
al:=Port[Basea];//讀A/D轉換值低4位
ah:=Port[Basea+1];//讀A/D轉換值高8位
adval:=(al/16)or(ah*16);//計算12位A/D轉換結果
Adc:=adval;//返回值
end;
end;
·D/A轉換：
設將一模擬控制電壓Volt從D/A1通道輸出，控制某一對象。
說明：AX5412數字量輸出滿量程（即12位均為1時，數字值為4095D）時輸出的模擬電壓為5伏。
procedureDac(Volt:Float);//D/A轉換
var
al:Integer;//D/A轉換低4位
ah:Integer;//D/A轉換高8位
daval:Float;
begin
daval:=4095/5*Volt;//將欲輸出的模擬電壓值近似為數字值
ah:=Int(daval/16);//A/D轉換高8位
al:=Int(daval-ah*16)*16;//A/D轉換低4位
withmyPortdo
begin
Port[Basea+6]:=al;//取D/A通道1，輸出D/A轉換值低4位
Port[Basea+7]:=ah;//輸出D/A轉換值高8位
end;
end;
定時啟動，中斷管理
設采樣點數為1024，采樣頻率為3000HZ，32位定時器采用1MHZ基頻率，連接PC機8259的2級中斷。
⑴設定采樣參數
Point:=1024;//采樣點數為1024
Count:=1000000/3000;//采樣頻率為3000HZ，Count為計數器1和計數器2級聯成的
//定時器的計數值
Count1:=2;//設定計數器1的計數值為2
Count2:=Int(Count/2);//計算計數器1的計數值
Low1:=2;//計數器1計數值的低字節
High1:=0;//計數器1計數值的高字節
Low2:=Count2mod256;//計數器2計數值的低字節
High2:=Count2/256;//計數器2計數值的高字節
withmyPortdo
begin
Port[Basea+11]:=0;//增益為1
Port[Basea+2]:=$11H;//通道1單通道連續采樣
Port[Basea+15]:=$74H;//選擇計數器1為工作計數器，按方式2工作，對計數器進
//行2次讀/寫操作，先低字節，后高字節
Port[Basea+13]:=Low1;//寫計數器1計數值的低字節
Port[Basea+13]:=High1;//寫計數器1計數值的高字節
Port[Basea+15]:=$B4H;//選擇計數器1為工作計數器，按方式2工作，對計數器進
//行2次讀/寫操作，先低字節，后高字節
Port[Basea+13]:=Low2;//寫計數器2計數值的低字節
Port[Basea+13]:=High2;//寫計數器2計數值的高字節
end;
⑵編寫中斷服務程序
procedureTForm1.myPortHwInterrupt(Sender:TObject);//中斷服務程序
{...}
ImportHigh:=Port[Basea+1];//讀A/D轉換高8位
ImportLow:=Port[Basea];//讀A/D轉換高8位
Sample[i]:=ImportHigh*16orImportLow/16;//計算12位A/D轉換結果，并賦值給采
//樣數組
i:=i+1;
Port[Basea+8]:=0;//清中斷
end;
⑶設置中斷
withmyPortdo
begin
ifActiveHWthenCloseDriver
else
begin
OpenDriver;
ifnotActiveHWthen
begin
MessageBeep(0);
Application.MessageBox('系統發現指定I/O端口未能成功打開！',
'請注意！',mb_OKormb_ICONHAND);
end
else
begin
IRQNumber:=2;
SetIRQ;
end;
end;
end;
⑷開中斷，進行采樣
Port[Basea+9]:=$A3H;//選擇定時器觸發，連接PC機2級中斷，開中斷
Port[Basea+8]:=1;//選擇定時器觸發
i:=0;
whilei<>Pointdo;//等待中斷，每中斷一次采樣一個數據，直至采滿Point個點
⑸退出系統前關閉中斷
procedureTForm1.FormClose(Sender:TObject;varAction:TCloseAction);
begin
{...}
myPort.CloseDriver;
{...}
end;
在實際工作中，讀者應根據具體數據采集板的硬件特性，參考上述方法，編寫數據采集、分析、輸出代碼。
參考文獻
沈蘭蓀.數據采集技術.中國科學技術大學出版社.1990
FrankEngo.使用Delphi3編程.電子工業出版社.1997
一九九九年一月
作者通信地址：（230031）安徽省合肥市炮兵學院研究生系９７級張建軍（收）
作者電話：（0551）5560324（宿舍直撥）（0551）5562566轉68750（研究生系值班室）
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