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基于PIC单片机的便携式测试记录仪设计
以追求高可靠、低功耗、小体积设计思想的本记录仪具有如下功能：对现场物理量进行实时采集、保存、处理与显示；自动识别现场安装的传感器数量、传感器号和量程；自动和手动两种采集方式，自动采集适用于长期无人值班的固定场合，手动采集便于对分布在不同区域的物理量进行测试；与ＰＣ机通讯，可根据需要将采集数据下载至ＰＣ数据库；实时打印；自检功能，避免了系统运行过程中可能遇到本身无法容错处理的异常事件而导致的死机现象。
１ 硬件设计
１．１ 总体设计原则
根据高可靠、低功耗、小体积的设计思想及应用对象几乎对采集速度无要求（此处指系统本身的采集速度已远远超过实际应用要求）的特性，总体设计原则是： 元器件采用低功耗、宽范围工作电源的ＣＭＯＳ集成电路；总线采用口线少的串行总线；允许情况下，尽量用软件实现硬件功能，用中断代替查询工作方式；一旦系统空闲则立即使其进入低功耗休眠状态，当需要时再用外部中断予以唤醒。
１．２ 硬件组成
根据总体设计原则，硬件组成如图１所示。其中：单片机为美国ＭｉｃｒｏＣｈｉｐ公司的中档产品ＰＩＣ１６Ｃ７４，＋５Ｖ供电、４ＭＨｚ主频时功耗低于２ｍＡ；Ｅ２ＰＲＯＭ存储阵列由超低工作电压（＋２．５Ｖ～＋５．５Ｖ）、具有可编程选择多种特性的８ＫＢ智能化电可擦除存贮器２４ＬＣ６５芯片组成。其中，０＃为传感器识别片（以下简称识别片），保存现场实际安装的传感器数量、传感器号及量程。该芯片被设计在放大器板上，永久安装于现场。传感器号由４位数字组成，前２位表示组号，后２位表示传感器组内号。１＃ 为字典片，分为三个存储区：第一存储区被设置成高寿命写入区，保存表头参数，如疵点单元计数器、记录计数器、记录指针、自动采集时间等；第二存贮区为字典区，保存传感器修正系数、实时打印所涉及的汉字国标码等，查找时以传感器号为关键字进行指针定位；第三存储区被定义为疵点单元地址队列，保存在写过程中遇到的疵点单元地址。２＃～７＃ 为数据片，保存实时采集的数据。ＲＳ２３２口为最简单的零调制３线经济型，具有双重功能，接上ＴＰμＰ＿Ｔ微型打印机，则进行实时打印；接上ＰＣ机，则与ＰＣ进行全双工通讯。Ａ／Ｄ转换器ＭＡＸ１８９为串行、１２位逐次逼近型，功耗７５ｍＷ，最大转换时间８．５μｓ。实时时钟ＤＳ１３０２具有可编程涓流充电功能，能够提供秒、分、时、日、月、星期、年至２１００年，并且对闰年和小于３１天的月份进行自动调节。键盘由手动、自动、通讯、打印、清零等五个触摸按键组成，通过按键产生外部中断唤醒单片机完成相应功能。液晶显示器（ＬＣＤ）采用４位半静态方式驱动，用来显示处理后的结果以及系统运行过程中检错的代码。３２．７６８ｋＨｚ晶振用于自动采集时产生定时中断。
图1 基于PIC单片机的便携式测试记录仪组成
１．３ 工作原理
本记录仪基本工作原理是：一旦系统完成某项工作后，立即进入低功耗休眠状态，当需要时再由外部中断予以唤醒。
１．３．１ 加电初始化
加电后，首先初始化有关寄存器和接口，然后自检各功能部件。测试结果无论正常或错误均以代码形式显示在ＬＣＤ上，进入休眠状态。
１．３．２ 采 集
本记录仪有自动和手动两种采集方式。
休眠状态下，当按手动键时则进入手动采集过程。首先读识别片和字典片，以确立现场中实际安装的传感器数量、量程及数据片可写空间。若数据片未写满，则从组内０通道传感器开始，循环对现场中实际安装的所有传感器进行采集、处理、显示，直至当再按一次手动键时，方将传感器号、量程、最近一次采集值（注意?不是实时处理后结果，而是原始Ａ／Ｄ转换码值）以及采集时刻的日历信息─年、月、日、时、分、秒等组成的记录写入记录指针指向的数据片中，接着对表头参数进行修改，进入休眠状态。
休眠状态下，当按自动键时则进入自动采集过程。首先开放定时中断，然后进入采集─保存─休眠─唤醒─再采集─再保存─再休眠─再唤醒的循环状态，直到数据片被写满或人工干预结束自动采集过程为止。上述唤醒由外部中断完成，其单片机从休眠状态到唤醒工作之间的时间间隔有等距和变距两种形式可供选择。所谓等距即每次采集的时间间隔相同。与其相反，变距则每次采集的时间间隔随采集次数的增多而变长或缩短，视实际应用需要而确定。本记录仪出厂设置为等距１小时，即每间隔１小时采集１次。
１．３．３ 通讯和打印
休眠状态下，当按通讯键时，进入和ＰＣ通讯过程。首先由ＰＣ端Ｗｉｎ９８下的专门处理软件完成串口１（若记录仪与ＰＣ Ｃｏｍ１口相连）或串口２（若记录仪与ＰＣ Ｃｏｍ２口相连）的自动配置，然后可根据工具条上的图文进行等距、变距、选择、数据下载、事后处理等操作。
休眠状态下，当按打印键后，则在ＴＰμＰ＿Ｔ微型打印机上打印出所有保存的记录。
１．３．４ 清 零
休眠状态下，当按清零键时，则清除数据片中保存的所有记录，即使记录指针指向数据片首址。
２ 软件设计
本记录仪软件由实时处理程序和组成记录仪诸功能部件的驱动程序组成。
２．１ 实时处理程序
实时处理程序调用相关驱动程序完成模拟量采集、数字滤波、插值运算、实时显示、记录合成及记录保存。本记录仪采用的记录格式从高至低依序为：传感器号，量程，采集值，年，月，日，时，分，秒。
２．２ 驱动程序设计
驱动程序设计的基本思想是：首先完成相关接口、寄存器的初始化，然后根据具体物理部件产生微操作时序，并对操作过程中遇到的异常事件进行容错处理。
２．２．１ 读／写Ｅ２ＰＲＯＭ 驱动程序
Ｉ２Ｃ总线由时钟线（ＳＣＬ）和数据线（ＳＤＡ）组成。根据Ｉ２Ｃ总线协议，将图１所采用的２４ＬＣ６５芯片的读／写操作按操作顺序分解为：使总线处于空闲状态（ＳＣＬ、ＳＤＡ均为高电平）；发送读／写启动信号（ＳＣＬ保持高电平，ＳＤＡ从高变低产生下降沿）；在数据线ＳＤＡ上读或写数据位（ＳＣＬ高电平时，ＳＤＡ状态为有效的读或写数据位，ＳＤＡ状态，即０或１的变化必须在 ＳＣＬ低电平期间完成）；发送读／写结束信号（ＳＣＬ保持高电平，ＳＤＡ从低变高产生上升沿）。如果为写操作，每写完１字节数据后，２４ＬＣ６５在数据线ＳＤＡ上回送握手应答信号，表示该字节数据已被可靠写入。以上微操作通过汇编语言编程实现。
本记录仪以记录方式读／写数据片。因此，对写来说，首先读字典片，以便用其中的表头参数判断当前数据片是否已写满。若已写满，则在ＬＣＤ上显示无写空间标记代码，然后返回休眠状态；否则，将记录写入记录指针所指向的数据片中，同时
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