【正文】 圖 系統(tǒng)始化流程圖 開始 定時(shí)器 T0 初始化 DS1302 初始化 LCD SD 卡初始化 文件系統(tǒng)初始化 打開界面背景位圖文件并顯示 關(guān)閉背景 位圖文件 用背景色清屏 顯示初始化狀態(tài) 返回 顯示通道 指示字符 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁 共 40 頁 22 SD 卡初始化 SD卡從上電到對 SD 卡進(jìn)行正確的讀寫操作，往往都需要一個(gè)上電初始化的過程。 開 始 否 響應(yīng) bit0=0? 結(jié) 束 圖 SD 卡 初始化流程圖 發(fā)送 74 個(gè)時(shí)鐘周期 發(fā)送復(fù)位命令 CMD0 進(jìn)入 SPI 總線模式 發(fā)送激活命令 CMD1 接受 SD 卡響應(yīng) 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 共 40 頁 23 數(shù)據(jù)塊的讀寫 對 SD 卡可以按單頁或多頁讀寫，根據(jù)實(shí)際需要，此系統(tǒng)中，所有的讀寫操作都是按單頁進(jìn)行。單塊寫操作的數(shù)據(jù)塊長度只能是 512 字節(jié)。 開始 打開文件 CH*.txt 新建文件 CH*.txt 關(guān)閉文件 追加日期時(shí)間和該通道電壓值 返回 成功？ 4 次？ 否 是 是 否 *代表通道數(shù) 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁 共 40 頁 25 圖 定時(shí)器 T0 函數(shù)流程圖 主體程序流程圖 系統(tǒng)一上電就進(jìn)行系統(tǒng)初始化，再不斷循環(huán)掃描是否有按鍵按下什么功能按鍵按下，根據(jù)有無按鍵按下進(jìn)入往下的相應(yīng)程序，之后進(jìn)行時(shí)間標(biāo)志判斷，是，就清除標(biāo)志，讀各通道采樣數(shù)據(jù)并計(jì)算電壓值，再判斷是否采集標(biāo)志，是的話就 SD 卡存儲(chǔ)并 LCD 顯示，否的話不存儲(chǔ)只 LCD 顯示。可見，讀寫 SD 卡的操作都是在初始化后基于 SD 卡命令和響應(yīng)完成操作的， 讀、 寫 SD 卡的程序流程圖 如圖 和圖 。數(shù)據(jù)令牌的結(jié)構(gòu)為：第 1個(gè)字節(jié)是操作方式標(biāo)志字節(jié)，第 2至 513 字節(jié)是讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)字節(jié)，最后兩個(gè)字節(jié)是 CRCl6 校驗(yàn)字節(jié)。SD 卡可以響應(yīng)主機(jī)發(fā)來的各種應(yīng)答信號， 同時(shí)向主機(jī)發(fā)送一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)響應(yīng)標(biāo)志。對于一些必須滿足一定條件 (如按鍵被按下等 )才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理 (DebugInsert/Remove Breakpoint或 DebugBreakpoints? 等 )。首先選擇菜單 FileNew? ，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語言或 C語言源程序 (或選擇 FileOpen? ，直接打開已用其它編輯器編輯好的源程序文檔 )并保存，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名 .asm(.a51)或 .c；然后選擇菜單 ProjectNew Project? ，建立新工程并保存(保存時(shí)無需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò)展名 .uv2)；工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對話框，選 擇 CPU 后點(diǎn)確定返回主界面。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。而在 SD 卡向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)可以直接連接，因?yàn)樗鼈冎g的電平剛好滿足上述的電平兼容原則。 圖 晶振電路 （ 3） A/D 轉(zhuǎn)換電路 PCF8591 是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。 此復(fù)位電路本身存在一個(gè)缺點(diǎn)，當(dāng)死機(jī)時(shí)只能通過關(guān)機(jī)復(fù)位。最簡單的就是只有一個(gè)電阻跟一個(gè)電容就可可靠復(fù)位的電路，電阻一般選擇 10KΩ，電容 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 40 頁 15 一般選擇 10uF。 15. 外部中斷 I/O口 7路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/(也可通過寄存器設(shè)置到 )16. PWM(2 路） / PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列 ,2 路） 也可用來當(dāng) 2 路 D/A 使用 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn) 2 個(gè)外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持 ) 17. A/D 轉(zhuǎn)換 , 10 位精度 ADC，共 8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬次 ) 18. 通用全雙工異步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA 軟件實(shí)現(xiàn)多串口 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標(biāo) 志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 ) 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 共 40 頁 14 20. 工作溫度范圍： 40 ~ +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 ~ 75℃ (商業(yè)級 ) 21. 封裝： LQFP48, LQFP44, PDIP40, PLCC44, QFN40I/O 口不夠時(shí)，可用 2到 3 根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展 I/O 口 ,還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口 。內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路 ,2路 PWM,8路高速 10位 A/D轉(zhuǎn)換 (250K/S，即 25bit/s),對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。 帶 SD 卡的 TFT 彩屏模塊中包含 電壓轉(zhuǎn)換模塊。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 40 頁 11 3 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體硬件方案分為三個(gè)部分 :電源部分、單片機(jī) STC12C5A60S2 主控芯片的DY_mini80E 開發(fā)板的選擇部分（包括 信號采集、 A/D 轉(zhuǎn)換等）、帶 SD卡的 TFT 彩屏的選擇部分（包括 SD 卡工作電路部分等 )。 CMD38：擦除所選擇的塊。 CMD13：讀 Cardes Status 寄存器。 ④ 在 DAT 上有數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩ㄖ访睢? SD 卡的命令類型 (1) 命令類型 控制 SD 卡有 4 種類型的命令 : 廣播命令，無響應(yīng)。 在 SPI模式中也支持單塊和多塊的數(shù)據(jù)寫命令。寫操作和讀操作在時(shí)序上的不同在于數(shù)據(jù)線路 DAT0 上多了一個(gè)寫操作忙的信號。 反饋幀：反饋幀是從地址卡或者所有的連接卡發(fā)送給主機(jī)的作為對以前接收到的命令幀做出應(yīng)答的令牌。 SD 卡的 SPI 總線實(shí)現(xiàn)方式使用了和SD總線相同的命令集。與 SD 卡通信的主機(jī)一方可以透明地 選擇與 SD 的通信模式。采用不同的初始化方式可以使 SD卡工作于 SD 方式或 SPI 方式。三是內(nèi)部寄存器組 OCR、 CID、 RCA 等。根據(jù)實(shí)際 情況，本課題使用的是 AT89C52 單片機(jī) ， SD 卡為SanDisk 公司的 2G卡， 編程語言為 C語言 ， Keil +Proteus 用于 程序代碼的編輯、編譯及系統(tǒng)仿真 。在 SD 卡數(shù)據(jù)讀寫時(shí)間 要求不是很嚴(yán)格的情況下，選用 SPI 模式可以說是一種最佳的解決方 案。 SD 卡（ Secure Digital Memory Card）中文翻譯為安全 數(shù)碼卡 ，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理 (PDA)和多媒體播放器等。在讀寫 SD卡中，單片機(jī)比 PC機(jī)更適合在現(xiàn)場長時(shí)間工 作。在眾多廠商推動(dòng)下 ， SD 卡已成為目前消費(fèi)數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種存儲(chǔ)卡。設(shè)計(jì)在STC12C5A60S2 主控芯片的 DY_mini80E 開發(fā)板上，利用開發(fā)板上 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 PCF8591，外接 SD 接口模塊，完成了調(diào)試實(shí)現(xiàn)。 FPGA 產(chǎn)品的邏輯單元越來越多，性能越來越高，單位成本和功耗向越來越低的方向發(fā)展，使得可編程片上系統(tǒng) SOPC(System On Programmable Chip)設(shè)計(jì)成為必然趨勢。該方法在 LED 護(hù)欄管顯示屏控制器產(chǎn)品中得到應(yīng)用 , 應(yīng)用結(jié)果表明該系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)穩(wěn)定 , 控制效果良好。 現(xiàn)今對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求日趨增高，大量的采集數(shù)據(jù)使得很多采集系統(tǒng)都需要借助外部存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，因此對于外部介質(zhì)存儲(chǔ)容量以及傳輸速度的要求顯得尤為突出。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要長時(shí)間地采集、記錄海量數(shù)據(jù)時(shí)，選擇 SD 卡作為存儲(chǔ)媒質(zhì)是開發(fā)者們一個(gè)很好的選擇。 研究目的和意義 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很 難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。 SD 卡有兩個(gè)可選的通訊協(xié)議： SD 模式和 SPI 模式?？紤]到 SD 卡在 SPI 協(xié)議的工作模式下，通訊都是單向的，于是在單片機(jī)向 SD 卡傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用晶體管加上拉電阻法的方案。 SPI 模式較 SD 模式速度較慢，但很多單片機(jī)都有專用的 SPI 總線，可與 SD 卡直接相連，使用方便。其中 SD 方式采用 6線制，使用 CLK、CMD、 DAT0~DAT3 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 SPI 接口的選用是在上電初始時(shí)向其寫入第一個(gè)命令時(shí)進(jìn)行的。 SD總線連接圖如圖 所示。 圖 是 SPI 總線連接圖。 在協(xié)議中定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞娇梢允菃螇K和多塊傳輸。除了需要對命令幀做出反饋之外，在進(jìn)行寫卡操作期間，還需要對每一個(gè)發(fā)送到卡的數(shù)據(jù)塊發(fā)一個(gè)特別的數(shù)據(jù)反饋令牌。緊接著命令索引號是命令參數(shù)，有些命令有參數(shù)，有些命令沒有參數(shù)，比如 CMD0和 CMD1命令參數(shù)為 32個(gè) 0，而命令 CMD2 CMD17 的命令參數(shù)是數(shù)據(jù)的讀寫地址。但是在 SD 卡里沒有開漏模式，這個(gè)類型命令只可以使用在所有的 CMD 線是分開的情況下。 CMD9：讀 CSD 寄存器。 CMD25：寫多塊。 class8：申請?zhí)囟罴? 要解決這一問題，最根本的就是解決邏輯器件接口的要有兩條：一為輸出電平器件輸出高電平的最小電壓值，應(yīng)該大于接收電平器件識別為高電平的最低電壓值；另一條為輸出電平器件輸出低電平的最大電壓值，應(yīng)該小于接收電平器件識別為低電平的最高電壓值。本系統(tǒng)采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)為核心元件。 10% 以內(nèi) )用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時(shí)鐘常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為： 單片機(jī)為： 11MHz ～ 17MHz 單片機(jī)為： 8MHz ～ 12MHz 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)的原理圖見附件 A。在電容充電過程中，RST 端電位逐漸下降，當(dāng) RST 端電位小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。 （ 2）晶振電路 (時(shí)鐘電路 ) STC12C5A60S2 單片機(jī)的最高時(shí)鐘脈沖頻率已經(jīng)達(dá)到了 24MHz，它內(nèi)部已經(jīng)具備了振 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 40 頁 16 蕩電路，只要在 STC12C5A60S2的兩個(gè)引腳 (即 1 19 腳 )連接到簡單的石英振蕩體的 2個(gè)管腳即可，同時(shí)晶體的 2 個(gè)管腳也要用 30pF 的電容耦合接地。 A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 。采集實(shí)時(shí)的 4 個(gè)通道電壓值顯示在 TFT 彩屏上；按 S1按鍵進(jìn)行采集及存儲(chǔ)，再按 S1按鍵暫停采集及存儲(chǔ)，按 S2 鍵清除 SD 卡中的內(nèi)容；按 S 按鍵系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。 Keil 軟件調(diào)試功能 應(yīng)用 Keil 進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為：編寫源程序并保存 — 建立工程并添加源文件 — 設(shè)置工程 — 編譯 /匯編、連接，產(chǎn)生目標(biāo)文件 — 程序調(diào)試。 成功編譯 /匯編、連接后，選擇菜單 DebugStart/Stop Debug Session(或按 Ctrl+F5鍵 )進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)， Keil 提供對程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)