微功耗数据采集系统的开发应用

寄存器0用于CF卡的数据读写。CF为了节省I／O资源，有些I／0端口是复用的，寄存器1在读操作时为错误寄存器，写操作时为特征寄存器。寄存器2的作用是设定要读写扇区的数目。寄存器3～6是用来寻址要读写的具体扇区位置，一般的IDE硬盘有CHS和LBA两种寻址模式，CF卡工作在TRUE IDE模式下也有这两种寻址模式，CHS(Cylinder／Head／Sector)是扇区对应的具体柱面、磁头、和扇区的地址；逻辑块寻址方式LBA(Logical Block Addressing)在逻辑上是连续的，比较方便，所以软件实现上采用这种方式对CF卡的扇区进行访问。寄存器7在读操作时是状态寄存器，主控器可以得到CF卡的有关状态信息；写操作时是命令寄存器，通过设置命令，主控制器操作CF卡完成特定的功能。
读写扇区时，首先需要设置起始扇区的LBA地址和扇区数目，并设置命令寄存器，读取数据设置命令“20H”，写入数据设置命令“30H”。然后读取状态寄存器，判断状态寄存器是否为“58H”。若为是，则开始读写操作；若为否则继续读取状态寄存器。接下来读状态寄存器是否为“50H”，判断CF卡操作是否完成。若为否，则继续读取判断；若为是，则结束读写过程。如果在判断状态寄存器中发生了超时或出现错误，则设置超时或错误标志，并跳出读写过程。图4为CF卡读写一个扇区的流程图。

由于对CF卡的操作是以扇区位单位，在单片机内部RAM开辟了两个大小为1 kByte的缓冲区，每个缓冲区的数据正好可以写满CF卡的两个扇区，AD采集的数据先存储在缓冲区，当存满一个缓冲区后，设置CF的LBA地址、扇区数目及写命令，把缓冲区内的数据写入CF卡，同时AD采集的数据存储在另外一个缓冲区。
CF卡如果要通过读卡器在计算机上直接读取数据，CF卡中的文件系统必须与计算机的文件系统一致，现在计算机的文件系统有FATl6、FAT32及NTFS等。由于微功耗单片机处理能力有限，在采样周期内完成数据采集及数据存储的工作后，所剩时间已经不多，如果再加上处理文件系统的程序，势必影响系统数据采集的实时性。在本设计的程序里并没有将数据写成文件系统，而是从数据扇区对应的LBA地址开始从小到大依次将数据写入扇区，直到写满整个CF卡。在读取数据时，利用磁盘操作函数编写一个小的VC程序，将CF卡中数据依次读出并存为文件存储在计算机的硬盘里，读取的扇区及文件的大小也可以方便地设置，非常灵活。这样也就在处理器能力有限的情况下实现了系统的实时数据采集和存储。

4 结论
采取这种设计方法使整个采集系统的功耗大大减小，经测量，整个系统功耗为150mW。采用高能锂离子电池作为系统电源，使整个系统轻松装入一个内径为15cm，高15cm的圆柱形密封罐内，体积的减小也更加有利于系统在水下的布放。该系统经过在吉林松花湖试验，能够稳定可靠地工作，实时采集并存储水下环境的噪声和过往船只的噪声数据。