信息鈕門禁基于SPI協(xié)議數據采集系統(tǒng)

1、開放實驗項目報告實驗項目 SPI協(xié)議編程與器件應用學生姓名羅葉森班級學號B10050419學 院自動化學院專 業(yè)測控技術與儀器指導教師張 熠指導單位電工電子實驗教學中心 摘要本系統(tǒng)實現的是基于SPI協(xié)議的簡易數據采集系統(tǒng)。用c語言編程，通過TLC2543模數轉換器實現數據的采集，再采用存儲器AT24C1024存儲數據，數據經過單片機STC89C52進行處理后，最終在虛擬終端上進行顯示。系統(tǒng)以單片機為主控器，在單片機系統(tǒng)實現了讀寫。關鍵字：SPI 數據采集，模數轉換，AT24C1024存儲。目 錄緒言4第一章 系統(tǒng)方案5第二章 系統(tǒng)硬件設計6 2.1 SPI協(xié)議介紹6 2.2 主要器件介紹7 2

2、.3 電路原理圖9 第三章 系統(tǒng)軟件設計9 3.1 SPI協(xié)議設計9 3.2主程序設計11第四章 仿真情況20第五章 小結20緒 言隨著技術與社會的發(fā)展，在很多領域實現需要數據的精密采集和處理，它是各種實驗及各種工業(yè)制造的基礎。其中數據的采集及處理系統(tǒng)就是其中的一個典型例子。數據的采集及處理系統(tǒng)是現代化發(fā)展的需要，它集微機自動識別技術和數據采集存儲顯示技術，涉及了電子，機械，計算機技術，通訊技術，生物技術等諸多新技術。它是各種行業(yè)功能實現的基礎。適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間,智能化小區(qū)，工廠等。 第一章 系統(tǒng)設計方案 在本系統(tǒng)中，控制器采用單片機ATC89C52

3、，TLC2543作為A/D進行數據采集，采用 AT24C1024進行存儲，并在虛擬終端上顯示下圖所示的是數據的采集及處理系統(tǒng)總體設計框圖。主控器AT89C52顯示器A/D模數轉換，采集數據數據傳輸AT24C1024存儲器 數據傳輸RS232PC第二章 系統(tǒng)硬件設計2.1 SPI協(xié)議介紹 SPI是高速同步串行口，是一種標準的四線同步雙向串行總線。 SPI，就是串行外圍設備接口。SPI接口主要應用在 EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布

4、局上節(jié)省空間，提供方便. SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設置FLASHRAM、網絡控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出數據線MISO、主機輸出/從機輸入數據線MOSI和低電平有效的從機選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT、有的SPI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數據線MOSI)。SPI的通信原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要至少4根

5、線，事實上3根也可以（用于單向傳輸時，也就是 半雙工方式）。也是所有基于SPI的設備共有的，它們是SDI（數據輸入），SDO（數據輸出），SCK（時鐘），CS（片選）。 （1）SDO 主設備數據輸出，從設備數據輸入 （2）SDI 主設備數據輸入，從設備數據輸出 （3）SCLK 時鐘信號，由主設備產生 （4）CS 從設備使能信號，由主設備控制 其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預先規(guī)定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成為可能。 負責通訊有3根線，通訊是通過數據交換完成的，先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說數據是一

6、位一位的傳輸的。這就是SCK時鐘線存在的原因，由SCK提供時鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過 SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數據傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時鐘信號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數據的傳輸。 2.2 主要器件介紹（1） AT89C52的簡單介紹AT89C52與MCS-51單片機產品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 、三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數器八個中斷源、全雙工UAR

7、T串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數據指針 、掉電標識符 。端口引腳 第二功能：P1.0 T2 （定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（在線系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在線系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在線系統(tǒng)編程用） P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時/計數器0)P3.5 T1(定時/計數器1)P3.6 WR(外部數據存儲器寫選通)P3.7 R

8、D(外部數據存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。 （2）TLC2543的簡單介紹TLC2543C 和 TLC2543I 是 12 位開關電容逐次逼近模數轉換器。每個器件有三個控制輸入端：片選 （CS ），輸入/輸出時鐘 （I/O CLOCK ）以及地址輸入端 （DATA INPUT ）。它還可以通過一個串行的3 態(tài)輸出端 （DATA OUT ）與主處理器或其外圍的串行口通訊，輸出轉換結果。本器件可以從主機高速傳輸數據。 除了高速的轉換器和通用的控制能力外，本器件有一個片內的14 通道多路器可以在 11 個輸入通道或3 個內部自測試 （self-tes

9、t ）電壓中任意選擇一個。采樣-保持是自動的。在轉換結束時，“轉換結束”（EOC ） 輸出端變高以指示轉換的完成。本器件中的轉換器結合外部輸入的差分高阻抗的基準電壓，具有簡化比率轉換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點。開關電容的設計可以使在整個溫度范圍內有較小的轉換誤差。2.1 特點 ·12 位分辨率A/D 轉換器 ·在溫度范圍內10 s 轉換時間 ·11 個模擬輸入通道 ·3 路內置自測試方式 ·固有的采樣與保持 ·線性誤差 ±1LSB Max ·片內系統(tǒng)時鐘 ·轉換結束 （End-of-

10、Conversion ，EOC ）輸出 ·單極性或雙極性輸出 （有符號的雙極性，相對于所加基準電壓的1/2 ） ·可編程的MSB 或LSB 前導 ·可編程的輸出數據長度 ·采用CMOS 技術 ·可提供應用筆記*2.2功能框圖2.3詳細說明 一開始，片選 （CS ）為高，I/O CLOCK 和DATA INPUT 被禁止以及DATA OUT 為高阻抗狀態(tài)。CS 變低開始轉換過程，I/O CLOCK 和DATA INPUT 使能，并使DATA OUT 端脫離高阻抗狀態(tài)。 輸入數據是一個包括一個4 位模擬通道地址 （D7 D4 ）、一個2 位數據長度

11、選擇 （D3 D2 ）、一 個輸出MSB 或 LSB 在前的位 （D1 ）以及一個單極性或雙極性輸出選擇位 （D0 ）的8 位數據流，這個數據流是從DATA INPUT 端加入的。輸入/輸出時鐘系列是加在I/O CLOCK 端，以傳送這個數據到輸入數據寄存器。在這個傳送的同時，輸入/輸出時鐘系列也將前一次轉換的結果從輸出數據寄存器移到DATA OUT 端。 I/O CLOCK 接收輸入系列的8 、12 或 16 個時鐘長度取決于輸入數據寄存器中的數據長度選擇位。模擬輸入 的采樣開始于輸入I/O CLOCK 的第4 個下降沿而保持則在I/O CLOCK 的最后一個下降沿之后。I/O CLOCK

12、的最后一個下降沿也使EOC 變低并開始轉換。 2.3.1 轉換工作 轉換器的工作分成連續(xù)的二個不同的周期： （1 ）I/O 周期， （2 ）實際轉換周期。I/O 周期由外部提供的I/O CLOCK 定義，延續(xù)8 、12 或 16 個時鐘周期，這取決于選定的輸出數據的長度。 2.3.2 I/O 周期 在I/O 周期中，同時發(fā)生二種操作： a. 一個包括地址和控制信息的8 位數據流被送到DATA INPUT 。這個數據在前 8 個輸入/輸出時鐘的上 升沿被移入器件。當 12 或 16 個I/O 時鐘傳送時，在前 8 個時鐘之后DATA INPUT 便無效。 b. 在DATA OUT 端串行地提供

13、8 、12 或 16 位長度的數據輸出。當CS 保持為低時，第一個輸出數據 位發(fā)生在EOC 的上升沿。若轉換是由CS 控制，則第一個輸出數據位發(fā)生在CS 的下降沿。這個數據是前一次轉換的結果，在第一個輸出數據位之后的每個后續(xù)位由后續(xù)的I/O 時鐘每個下降沿輸出。 2.3.3. 轉換周期 轉換周期對用戶是透明的，它是由I/O 時鐘同步的內部時鐘來控制的。當轉換時，器件對模擬輸入電壓完成逐次逼近式的轉換。在轉換周期開始時EOC 輸出端變低而當轉換完成時變高，并且輸出數據寄存器被鎖存。只有在I/O 周期完成后才開始一次轉換周期，這樣可減小外部的數字噪聲對轉換精度的影響。2.3.4上電和初始化 在上電

14、后，CS 必須從高變到低以開始一次I/O 周期。EOC 開始為高，輸入數據寄存器被置為全零。輸出數據寄存器的內容是隨機的，并且第一次轉換的結果將被忽略。為了對器件初始化，CS 被轉為高再回到低以開始下一次I/O 周期。在器件從掉電狀態(tài)返回后的第一次轉換，由于器件的內部調整，讀數可能不準確。 2.4 數據輸入 數據輸入端在內部被連接到一個 8 位的串行輸入的地址和控制寄存器。該寄存器規(guī)定了轉換器的工作和輸出數據的長度。主機提供的數據字是以MSB 為前導的。每個數據位都是在I/O CLOCK 序列的上升沿被輸入的 （見表 1 中數據 “輸入寄存器格式”）。2.5 時序圖第三章 軟件設計3.1SPI

15、協(xié)議編程按照SPI協(xié)議規(guī)范，編寫程序如下：void ADpian(uchar x)uchar i;shugao=0;shudi=0;cs=0;delay1ms(20);for(i=0;i<8;i+)io_clock=0;x=x<<1;date_in=CY;io_clock=1;shugao=shugao<<1;shugao|=date_out;for(i=0;i<4;i+)io_clock=0;date_in=0;io_clock=1;shudi=shudi<<1;shudi|=date_out;for(i=0;i<4;i+)io_cloc

16、k=0;io_clock=1;shudi=shudi<<1;shudi|=date_out;io_clock=0;cs=1;3.2主程序設計系統(tǒng)軟件采用結構化設計，主程序主要代碼如下：void main() uchar i=0x00,a,b,c,count=0; uchar send_data=0x09; unsigned char receive_data;Serial_init();while(1)ADpian(0x0c);delay1ms(20);ADpian(0x0c);da1=shugao*256+shudi;da=da1/16; send_data=xianshi(da);delay(10000);write_1024(i,send_data,1);delay(1000); receive_data=read_1024(i,1); i=i+1;a=da%10;b=da/10%10;c=da/100;if(count>0) Serial_send(0x20); Serial_send(c+0x30); Serial_send(b+0x30); Serial_send(a+0x30); Serial_send(0x20);count+;if(count%12=0) Serial_se