第1章 绪论

1.1课题研究目的及意义

光纤捷联系统具有成本低、重量轻、可靠性高等优点，在航空、航天和航海等领域获得了广泛的运用。实际应用中，光纤捷联系统数据的长时间采集，必须有可靠的数据存储方式，因其长时间工作在户外，就同时要求能有较大的数据存储容量。设计一个完善的光纤捷联系统数据记录装置，用于实现数据的采集和大容量的数据现场存储显得尤为重要。

主控芯片引脚

目前,以微型计算机为核心的可编程数据采集与处理采集技术发展地十分迅猛，只需一块数据采集卡就能组成一个数据采集记录的系统，将其插入微型计算机的扩展槽内，然后运行相应软件，就能实现数据记录这一功能，但这并不会影响其他基于单片机为核心的数据记录装置。因为数据采集板卡受到成本和功能的限制，不可避免地会存在一些缺陷。而单片机则具有众多的优点，包括功能齐备、效率高、性能强、需要的电压和功耗较低、成本低等，可以弥补数据采集板卡的功能短板。借此能够开发出能适应实际生产需求的、电路设计结构简单的、性能稳定的数据记录装置。这就使得以单片机为核心的数据记录装置在众多行业中获得了广泛的运用。

本课题采用单片机为控制器，实现SD卡存储设备的接口设计，实时接收捷联系统输出的串行通讯数据，保存到SD卡存储器。并在PC机上编写程序，完成对储存数据的显示和回放。

1.2 国内外研究现状 

数据记录装置的研发起始于上世纪中期，在这数十年中，伴随信息技术的发展，有关数据采集记录方面的科技在各领域获得了显著的发展，数据采集记录的信息化研究是当前研究的主要方向。如今的众多领域都会涉及到数据采集，如惯导系统、石油开采、地震数据采集等领域。

MAX232芯片

在惯性导航领域，由于系统数据种类较多，参数种类通常包括经度、纬度、航向、姿态角等多种基本导航参数。数据输出频率刷新快，正常都在十赫兹以上，而且数量庞大。只依靠人工手段，无法确保数据的时效性和准确性，不利于数据保存与处理分析。为解决惯性导航中工作参数的测试记录问题，开发和采用了专用的针对实装惯导系统的在线数据自动记录装置（Online Data Auto-recording Equipment，ODAE），作为惯导系统的数据记录装置和外置检测设备。

ODAE可直接将系统实时采集的数据完成电子化，可借此编写数据的分析与展示的程序或者直接使用各种数学工具对数据进行统计分析，绘制变化趋势的曲线。同时还能将故障时的系统数据与正常工作时的历史数据的情况进行比较，或者将故障惯导数据与外界信息数据（例如GPS数据）进行比较，实现故障的快速诊断和定位。

在地震数据采集领域，现在我国主要使用的地震数据采集系统有TDE-124C型和TDE-224C型。近年来，又成功开发了动态范围更大、线性度更高、功耗更低而且更具兼容性和可靠性的TDE-324C型地震数据采集系统。该系统将拾振器输出的电信号模拟放大后传输至A/D进行数字化，A/D采用同时采样，采样的数据通过DSP数字滤波处理后，转化为数字地震信号。该数据采集系统具备24位A/D转化位数，采样率包括50HZ、100HZ、200HZ。

美国PASCO公司生产推出的PASCO实验平台，是一个将计算机数据记录与分析应用于物理实验的系统，依靠现代的电子技术，使用传感器进行数据采集，电脑完成过程管控和数据处理，特别是对某些瞬时变化的物理量能进行实时记录，针对不易观察的物理现象也能实现感官展示。其利用先进的传感技术，将实验中各种变化的物理量转化为电信号，并完成实时记录。数据采集接口将数据输入计算机，最高采样频率为250kHz。

1.3 研究内容

本设计采用STC89C58RD+单片机作为主控制器，使用SD卡来储存数据，使得该系统可以向低成本和小型化发展。

本课题主要内容的是对基于STC89C58RD+的SD卡存储系统进行软硬件设计。在该系统中STC89C58RD+芯片的作用是接收来自捷联系统的串行数据并对SD卡进行读写，其中单片机串口需要依靠MAX232芯片转换电平后才能接收到捷联系统发送来的数据。课题中使用C语言编写程序来实现数据的接收和存储，其中数据的接收是使用芯片的串口通信功能实现。

设计的主体流程是：通过单片机STC89C58RD+实时接收捷联系统输出的串行通讯数据，通过芯片与SD卡的SPI协议把数据存储到SD卡中。在电脑上通过对SD卡的读取来实现对数据的显示。

本论文内容安排如下：

第一章绪论，阐述了课题研究的目的及意义，了解了关于数据记录装置在国内外各领域的发展现状，确定研究方案和主要研究内容。

第二章硬件系统设计，对硬件系统的各部分进行设计，设计符合课题要求的单片机电路。电路组成主要包括单片机的最小系统（主控芯片、时钟电路、复位电路、电源电路）、串口电路、SD卡电路等，组成单片机硬件系统的整体，绘制电路图及PCB图并完成实物制作。

第三章 软件系统设计，开发环境选用Keil4软件，对系统的各个功能进行了软件设计。分别编写了串口接收程序、SD卡接口程序和FAT32文件系统操作程序，实现了光纤捷联系统数据的实时采集、底层SD卡存取操作以及中间层文件系统对文件进行读写操作等功能。

第四章 试验与调试，将硬件与软件系统进行试组合调试，调试成功后开始实际数据采集。实验中采集了捷联惯导系统的输出数据，储存在SD卡内。通过在PC机上回放保存在SD卡上的数据，检验了采集数据和存储数据的正确性，实现预期的功能。