在空間受限、環境惡劣和無法實時傳輸數據的情況下，傳統測試技術受到很大限制，必須使用存儲測試方法。該方法是在不影響被測對象或影響在允許范圍內的情況下，將微型存儲測試系統置入被測體內，現場實時完成信息的快速采集與存儲，并回收存儲器，由計算機處理，再現被測信息的一種動態測試技術。本文設計的微型存儲測試系統是基于MSP430F149單片機，結合大容量串行FLASH存儲器Multimedia Card(MMC)，通過對單片機內部資源的優化利用、外設的開發、采樣與存儲策略設計，實現了系統的微型化、低功耗、多路數據采集和大數據量本地存儲設計。針對該系統開發了基于LabWindows／CVI的專用測試平臺，用于對收回數據進行分析處理，有效解決了在測試空間和環境受限的情況下對該武器系統的測試問題。該系統理論上可以對多達16×8路模擬量進行采集、處理和存儲，并可繼續開發為具有故障診斷性質的存儲測試系統。

1 系統總體方案設計

微型存儲測試系統總體結構如圖1所示。它由外部傳感器、多路模擬量采集電路、大容量存儲器、MSP430F149單片機以、各接口電路以及外圍輔助電路組成。不同的被測信號經調理后經模擬量多路開關MAX396輸入單片機，利用內置AD模塊轉換成數字信號，交由單片機進一步處理。存儲測試系統的存儲模塊主要有兩部分組成，即單片機內部的FLASH ROM和外部MMC卡，分別用于存儲被測武器系統初始狀態的數據和執行任務狀態的數據。系統通過RS 232接口電路與上位機進行通信，接收上位機傳來的控制指令，并可將采集結果上傳至上位機進行相關數據處理。


2 系統各模塊設計

2．1 數據采集模塊設計

數據采集系統以MSP430F149單片機為核心，MSP430F149的A／D模塊ADC12的內核是一個帶有采樣與保持功能的12位轉換器，采樣所得結果具有12位轉換精度，1位非線性微分誤差，1位非線性積分誤差。模塊內部的參考電壓發生器，同時有1．5 V和2．5 V兩種參考電壓值可供選擇。為獲得較高的精度，故選用2．5 V內部參考電壓，基準電壓負端為地電平。輸入模擬量VIN與轉換結果NADC之間的關系為：

根據測試任務，需要掌握兩方面數據資料。一是被測武器系統進入執行任務狀態前的系統狀態；二是被測武器系統處于執行任務狀態時的系統狀態。為了有效提高了單次測試的可靠性，最大限度提高了系統的可利用性，提出分別采用正負延遲觸發的采樣策略，將這2種信號觸發方式分別作為兩路信號采集的觸發信號。圖2為該采集方法的電路原理圖。

圖2中通路1用來采集被測武器系統進入執行任務狀態前的系統狀態各項數據，采用了正延時觸發方式，其觸發信號由外部中斷控制電路給出。外部中斷控制電路可以很方便地通過兩個電阻串聯來實現，如圖3所示。引出電阻R2與地線之間的連線作為中斷控制線，并將其固定于運動機構。當被測武器系統啟動時，運動機構拉斷中斷控制線，中斷控制電路產生一個上升沿的中斷信號，微控制器捕捉到中斷信號后立即開始對通路1進行信號采集。通路2用來采集被測武器系統處于執行任務狀態中的系統狀態各項數據，采用負延遲觸發方式，由被測信號觸發，通過比較采樣值的大小是否達到所設閾值來控制采樣過程。當通路2所測值的大小超過預設閾值時，微控制器捕捉到中斷信號后立即開始對通路2進行信號采集。這兩路采集通路的選通是由單片機控制模擬量多路開關MAX396實現的。根據此采樣策略進行數據采集，保證了測試數據的完整性。

為了保證采集數據的準確性，對同一通道連續采集8次，然后對A／D轉換結果用中位值平均濾波算法進行處理，即首先用中值濾波算法濾掉采樣值中的脈沖干擾，再把剩余的各采樣值進行遞推平均濾波，即得到一個極為準確的數據。

2．2 教據存儲模塊設計

系統數據存儲模塊主要有內部FLASH ROM和外部MMC卡2部分。由通路1采集的數據存入FLASHROM。當中斷信號出發時啟動片內A／D，對輸入的模擬信號進行轉換，轉換的結果存入FLASH ROM。同時啟動計數器，計數器溢出表明存儲器已滿。這時由FLASH控制寄存器控制，對最先寫入的數據進行整段清除(對FLASH存儲器的擦出必須整段進行)，然后將其它段數據依次上移，通路1繼續進行數據采集，經A／D轉換的結果存入最底段。當再次產生溢出中斷時，將最上段數據清除，然后其它段數據再次依次上移。如此循環，直至被測信號發出中斷，通道1關閉，通道2打開。這樣被存入FLASH的數據是被測武器系統進入執行任務狀態前的系統狀態數據，完成第一項測試任務。由通道2采集的數據存入外部MMC卡，其容量為1 GB。使用MMC卡進行數據存儲，必須嚴格遵守一定的時序。首先，要使MMC卡進入SPI時序模式，必須進行初始化，由于對MMC卡的寫操作是以塊為單位進行的，每塊的大小為512 B，因此在進行數據寫入操作時，必須先判定該地址是否為512的整數倍以及隨后可寫的長度。數據寫入MMC卡的具體流程如圖4所示。

2．3 接口模塊設計

2．3．1 MSP430F149與MMC卡接口設計

MMC卡讀寫端口可以在MMC和SPI兩種通信協議下工作。MMC協議為默認協議，傳輸速度較快，但協議復雜；SPI協議為可選協議，傳輸速度相對較慢，但簡單易用、可靠性高，且MSP430F149自帶SPI通信模塊，接口方便，故本設計采用SPI通信協議。MMC卡與MSP430F149的連接是將相應的串行總線連接至MSP430F149的SPI總線上，連接方法如圖5所示。


2．3．2 串行通信接口設計

MSP430F149單片機內部含有2個異步串行接口，與傳統的串行通信相比，它可以用低時鐘頻率實現高速通信。它除了分頻因子寄存器外，還有1個分頻因子調整寄存器。

利用分頻因子加以調整的方法，使每一個字節內各位有不同的分頻因子，以對每位數據利用3次采樣多數表決的方法取值，在低時鐘頻率時實現高波特率通信。RS 232與單片機之間的電平邏輯關系不同，因此采用MAX3221芯片在單片機與RS 232之間進行電平和邏輯關系的雙向轉換，如圖6所示。設計的RS 232通信接口，幀格式為8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗，波特率設為9 600，實現了系統測試數據的傳輸。


3 實驗驗證

針對該微型存儲測試系統，開發了基于LabWindows／CVI的專用測試平臺。為驗證系統的準確性和可靠性，采用頻率成分復雜的掃描頻率信號作為模擬信號源，進行采集與存儲。實驗結果如圖7所示，符合理論結果，達到設計要求。


4 結語

該微型存儲測試系統充分利用MSP430F149單片機片內資源，結合外部大容量存儲器，實現了系統的微型化設計和大數據量本地存儲。優化的采樣存儲策略確保了數據的完整性和準確性。實際應用表明，該系統具有體積小、功耗低、性能穩定、可靠性高等優點，較好的滿足了測試任務的需要。