根據數據采集系統的設計要求，本設計開發的數據采集系統，將在不方便與上位機通信的情況下，能夠在下位機中保存大量的實時數據。由于采集模塊采用了LPC2103內置的10位A/D,其A/D數據寄存器為32位寄存器，為節省數據運算時間和提高采樣頻率，每次采樣的結果保留低16位，即每個采樣點的數據為16b=2B.系統將采樣頻率設置為1024Hz,在這樣的采樣頻率下，8通道1s采集的數據量：1024×8×2B=16KB,考慮到長時間采集下的較大數據量和數據存儲時的高傳輸率，數據的存儲使用SD卡完成。

SD卡與微控制器之間的通信有SD和SPI兩種接口模式[4],由于LPC2103內部擁有串行外設SPI總線，且使用SPI總線時能夠節省主控制器的I/O資源，因此本設計采用SPI接口方式實現SD卡與主控制器的通信，接口電路如圖5所示。

將LPC2103配置為主機，SD卡為從機，在SPI模式下完成數據傳輸。控制器的GPIO端口P0.9連接SD卡片選線SD_CS;主控制器時鐘信號線SCK0連接SD卡SCK引腳，保證主從設備間的時鐘同步;控制器的主機輸出從機輸入線MOSI連接SD卡的數據輸入;控制器的主機輸入從機輸出線MISO連接SD卡的數據輸出信號線。

2 系統軟件開發

用戶通過按鍵選擇數據采集系統運行模式。運行模式1,系統采集三相電信號，并將實時數據通過串口發送至上位機;運行模式2,系統采集三相電信號，并將實時數據保存至SD卡，不與上位機進行通信。主程序流程圖如圖6所示。

程序的初始化主要包括：GPIO端口、定時器模塊、A/D模塊、SPI接口單元、UART接口單元、SD卡等6大模塊。對SD卡的操作按照其數據手冊，通過主控制器發送給SD卡相應的命令來完成。SPI模式下，SD卡的指令由6B組成，主控制器向SD卡發送指令時，高位字節在前，低位字節在后。操作流程如圖7所示。

本設計使用了文件系統為FAT16類型的SD卡。FAT16文件系統的系統分區由引導扇區、FAT表、FDT表和文件數據區四大部分組成，數據的讀/寫均以扇區為單位。由于SD卡系統分區的前三部分是十分重要的，一般不能將數據寫入這三部分所在的扇區內，否則會使得SD卡無法被電腦識別，因此在向SD卡寫入數據前，首先需找到引導扇區的位置，并根據其中的內容計算FAT、FDT以及數據簇的起始地址和大小。為節省LPC2103的內存，設置SD卡寫數據為單塊寫模式。寫SD同樣要遵循SD卡寫塊時序。

3 測試結果

本設計的上位機數據測試軟件在LabVIEW環境下開發，針對串口發送的數據和保存在SD卡中的實時數據進行不同的開發，其數據結果如圖8所示。數據測試軟件將串口發送的數據轉換至[-5V,5V]之間進行顯示。圖中，通過標定換算，數據采集的結果是準確有效的。

因此，方案所設計的三相電信號數據采集系統能夠為進行基于電機拖動的液壓動力系統運行狀態監測研究奠定良好的數據平臺。

4 結論

本文提出了基于LPC2103的三相電信號數據采集系統的設計方案。方案以LPC2103為核心設計的三相電信號數據采集系統，采用霍爾傳感器準確、安全的獲取電壓電流信號，數據的存儲采用SD卡存儲方式和串口發送數據至上位機存儲模式兩種法相結合，增加了數據采集系統的應用靈活性，并給出了詳細的軟、硬件開發過程。通過測試軟件的標定換算，數據采集的結果是準確并有效的，從而驗證了方案中所設計的三相電信號數據采集系統能夠為進行基于電機拖動的液壓動力系統運行狀態監測研究奠定良好的數據平臺。