便携式数据采集系统的低功耗设计与数据压缩算法

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1、东北大学硕士学位论文便携式数据采集系统的低功耗设计与数据压缩算法姓名：侯爱荭申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：韩清凯20050101东北大学硕士学位论文摘要便携式数据采集系统的低功耗设计与数据压缩算法摘要目前比较常见的信号采集及处理仪器大多是功能完备的微机系统，虽然能较快地分析和处理检测到的信号，但往往只能被固定使用，在移动的情况下则显得笨重和不便，无法在某些工业场合使用，尤其是在生理信息采集方面。近几年，随着FLASHMEMORY非易失存储技术的发展以及处理器(如单片机和DSP)性能的不断提高，信号采集存储系统的耗电量和体积不断降低，可以满足便携式系统设计的要求。

2、此外，低功耗设计对于便携式数据采集系统而言具有十分重要的意义，因此低功耗设计是便携式产品设计的重要内容。本课题采用MSP430系列单片机为核心研制了一种便携式数据采集系统，其中重点研究了系统低功耗设计的一般原则，并结合实际应用，从硬件、软件两方面进行了低功耗设计。在该系统中，选用MSP430F149为系统核心，完成数据的采集和各种监控功能，并编写了数据压缩程序和信号的自动分析程序。另外扩展了FRAM数据缓存和大容量的FLASH存储器用于存储采集到的数据。利用单片机内部的RS232接口实现数据与PC机的通信，并扩展了USB通讯。该便携式采集系统还带有液晶显示，既可显示中文菜单，同

3、时配合按键提供友好的人机界面。针对便携式数据采集系统在特殊场合下对数据传输的要求，论文还比较和研究了数据的压缩算法，针对单片机的特点，完成了处理信号的压缩软件模块。这砦数据压缩算法及其模块可方便有效地载入单片机。上述硬件系统具有低功耗、携带方便、存储容量大、性能价格比高等特点，适于工业测控、医疗保健等领域的信号采集与存储应用。(本文工作得到了863计划项目(编号：2002AAll8030)资助。)关键词便携式采集系统低功耗设计数据压缩算法，II—东北大学硕士学位论文摘要TheLowPowerConsumptionDesignforPortableData—AcquiringSy

4、stemandDiscussiononDataCompressionAlgorithmsAbstractDataacquiringandprocessingsystembasedonPCcannotbeusedinmobilecondition，andisveryinconvenient，especiallyforoutdoorsandphysiologicalsignals．Withtherecentadvancinginnon—volatileflashmemorytechnologyandperformanceofCPU(e．g．MCUandDSP)，theelectri

5、ccurrentconsumptionofthecompletedata—acquiringsystemhasbeengreatlyreduced，whichsupportstheportableandlowpowerfeatures．Andthelowpowerconsumptiondesignforportabledata—acquiringsystemisparticularyimportant．Thispaperintroducesaportableultra—lowpowerdata-acquiringsystembasedonMSP430，anultralowpow

6、erMCU．Thispaperfocusonthelowpowerdesignprinciplesystematicway,andintroducessomedesigntechniquestolowerconsumptionforportabledata-acquiringsystemwithhardwareandsoftware．TheTexasInstrumentsMSP430seriesisanultra-low-·powermicro—-controller．AllMSP430peripheralmodulesarespeciallydesignedtosupport

7、ultra—low—powerusing’Fhesystemdesignedhereadoptstheultralow-power16bitssingle—chipmicrocomputerMSP430F149asthehardcoretoimplementthedatacollection，andthebulkflashmemoryasdatarecorder．Thesystemcarlalsomakesomeprocessesonthedataatrealtime，suchasitcan