【導(dǎo)讀】的復(fù)雜性不斷上升,單片的成本卻不斷降低。FPGA產(chǎn)品的邏輯單元越來越多，性能越來。ProgrammableChip)設(shè)計成為必然趨勢。SD存儲卡因具備體積小、儲容量高、可擦寫、價格低以及非易失性等特點被廣泛應(yīng)用于手機、數(shù)碼相機、MP3播放器等領(lǐng)域。單片機讀寫SD卡數(shù)據(jù)時需要執(zhí)行復(fù)雜的文件分區(qū)表數(shù)據(jù)操作。的缺點,以LED護(hù)欄管顯示屏技術(shù)要求為例,提出了一種單片機主從系統(tǒng)中快速、簡。單的SD卡存儲器的訪問方法,并給出了一種實用的SD卡與單片機連接的接口電路。exFAT等文件格式下從16MB~32GB的SD卡。的主、從控制系統(tǒng)均適用,有很強的實用性。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。該系統(tǒng)能同時采集四路周期信號波形，并將四路模擬電。別存儲到SD卡預(yù)先建立好的、、、文檔中。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)試實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；STC12C5A60S2；SD卡；

　　

【正文】 頁 19 4 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計目標(biāo) 最終能實現(xiàn)同時將四路模擬電壓（ 05V） 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果為十進(jìn)制有效數(shù)字 3位；要求每秒鐘轉(zhuǎn)換一次，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為 ASCII 碼形式；并將四路結(jié)果分別存儲到 SD卡預(yù)先建立好的 、 、 、 文檔中。采集實時的 4個通道電壓值顯示在 TFT 彩屏上；按 S1 按鍵進(jìn)行采集及存儲，再按 S1 按鍵暫停采集及存儲，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 軟件簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu) 性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil C51 軟件是一個基于 32位 Windows 環(huán)境的應(yīng)用程序，支持 C語言和匯編語言編程，其 μVision( 通常稱為 μV2) 。 Keil 提供包括C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，由以下幾部分組成： μVision IDE 集成開發(fā)環(huán)境 C51 編譯器、 A51 匯編器、 LIB51庫管理器、 BL51 連接 /定位器、 OH51 目標(biāo)文件生成器以及 Monitor5 RTX51 實時操作系統(tǒng)。 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。 Keil 使用 “ 工程 ”(Projec t)的概念，對工程 (而不能對單一的源程序 )進(jìn)行編譯 /匯編、連接等操作。工程的建立、設(shè)置、編譯 /匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌握。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，注意保存時必須在文件名后加上擴展名 .asm(.a51)或 .c；然后選擇菜單 ProjectNew Project? ，建立新工程并保存(保存時無需加擴展名，也可加上擴展名 .uv2)；工程保存后會立即彈出一個設(shè)備選擇對話框，選 擇 CPU 后點確定返回主界面。這時工程管理窗口的文件頁 (Files)會出現(xiàn)“Target1” ，將其前面 +號展開，接著選擇 Source Group1，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單，選擇 “Add File to Group ‘Source Group1’” ，出現(xiàn)一個對話框，要求尋找并加入 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 共 40 頁 20 源文件 (在加入一個源文件后，該對話框不會消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件 )。加入文件后點 close 返回主界面，展開 “Source Group1” 前面 +號，就會看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。緊接著對工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程 管理窗口的Target1，再選擇 ProjectOption for Target‘Target1’( 或點右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項 )，打開工程屬性設(shè)置對話框，共有 8個選項卡，主要設(shè)置工作包括在 Target選項卡中設(shè)置晶振頻率、在 Debug 選項卡中設(shè)置實驗仿真板等，如要寫片，還必須在Output 選項卡中選中 “Creat Hex Fi” ；其它選項卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。工程設(shè)置后按 F7鍵 (或點擊編譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo) )進(jìn)行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。 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)建一個功能強大的仿真 CPU以模擬執(zhí)行程序。 Keil 能以單步執(zhí)行 (按 F11或選擇 DebugStep)、過程單步執(zhí)行 (按 F10或選擇 DebugStep Over)、全速執(zhí)行等多種運行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯，可采用在線匯編功能對程序進(jìn)行在線修改 (DebugInline Assambly?) ，不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對工程重新進(jìn)行編譯 /匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的 步驟。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，可采用斷點設(shè)置的方法處理 (DebugInsert/Remove Breakpoint或 DebugBreakpoints? 等 )。在模擬調(diào)試程序后，還須通過編程器將 .hex 目標(biāo)文件燒寫入單片機中才能觀察目標(biāo)樣機真實的運行狀況。 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)初始化 要讓系統(tǒng)正常運行首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要包括：定時器 T0初始化、 DS1302初始化、 LCD 初始化、 SD卡初始化、文件系統(tǒng)初始化。其流程圖如 圖 所示。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 共 40 頁 21 圖 系統(tǒng)始化流程圖 開始 定時器 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（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，往往都需要一個上電初始化的過程。SD 卡上電后， 主機必須先向 SD 卡發(fā)送 74個時鐘周期， 以完成 SD 卡的上電過程。通常 SD 卡上電后會自動進(jìn)入 SD 總線模式， 并在 SD 總線模式下向 SD 卡發(fā)送復(fù)位命令(CMD0)。因此， 主機在對 SD 卡進(jìn)行任何操作 前， 都必須先要拉低 SD 卡的片選信號CS(card select)， 以使 SD 卡進(jìn)入 SPI 總線模式， 然后再由主機向 SD 卡發(fā)送命令。SD 卡可以響應(yīng)主機發(fā)來的各種應(yīng)答信號， 同時向主機發(fā)送一個特殊的數(shù)據(jù)響應(yīng)標(biāo)志。若主機讀到的應(yīng)答信號為 01，即表明 SD 卡已進(jìn)入 SPI 模式， 此時， 主機即可不斷地向 SD 卡發(fā)送命令字 (CMD1) 并讀取 SD 卡的應(yīng)答信號， 直到應(yīng)答信號為 00， 表明 SD卡已完成初始化過程， 并準(zhǔn)備好接受下一命令。此后， 系統(tǒng)便可讀取 SD 卡的各寄存器， 以進(jìn)行讀寫等操作。 SD卡初始化流程如圖 所示 。 開 始 否 響應(yīng) bit0=0? 結(jié) 束 圖 SD卡 初始化流程圖 發(fā)送 74 個時鐘周期 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（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)實際需要，此系統(tǒng)中，所有的讀寫操作都是按單頁進(jìn)行。單頁操作時，對 SD 卡的讀操作，可以讀取 512 字節(jié)內(nèi)任意長度的數(shù)據(jù)，但寫操作必須是 512字節(jié)。為了和文件系統(tǒng)兼容，對頁的讀寫操作都按 512 字節(jié)的數(shù)據(jù)量進(jìn)行。主機和印卡交換數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)是封裝在長度為 515 字節(jié)的數(shù)據(jù)令牌中進(jìn)行的。數(shù)據(jù)令牌的結(jié)構(gòu)為：第 1個字節(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)，最后兩個字節(jié)是 CRCl6 校驗字節(jié)。 完成 SD 卡的初始化之后即可進(jìn)行它的讀寫 操作。 SD 卡的讀寫操作都是通過發(fā)送SD 卡命令完成的。 SPI 總線模式支持單塊（ CMD24）和多塊（ CMD25）寫操作，多塊操作是指從指定位置開始寫下去，直到 SD 卡收到一個停止命令 CMD12 才停止。單塊寫操作的數(shù)據(jù)塊長度只能是 512 字節(jié)。單塊寫入時，命令為 CMD24，當(dāng)應(yīng)答為 0 時說明可以寫入數(shù)據(jù)，大小為 512 字節(jié)。 SD 卡對每個發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)塊都通過一個應(yīng)答命令確認(rèn)，它為 1 個字節(jié)長，當(dāng)?shù)?5 位為 00101 時，表明數(shù)據(jù)塊被正確寫入 SD 卡。在需要讀取 SD 卡中數(shù)據(jù)的時候，讀 SD 卡的命令字 為 CMD17，接收正確的第一個響應(yīng)命令字節(jié)為 0xFE，隨后是 512 個字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)塊，最后為 2 個字節(jié)的 CRC 驗證碼?？梢?，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 。 圖 讀 SD卡流程圖 圖 SD卡流程圖 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 共 40 頁 24 SD 卡存儲時間和電壓流程圖 打開指定文件，若失?。礇]有該文件）那么就新建該指定文件，之后，追加該通道的日期時間和電壓值，具體見流程圖 。 圖 SD卡存儲時間和電壓流程圖 定時器 T0 函數(shù)流程圖 系統(tǒng)要求四個通道每一秒中分別進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)采用 24MHz 晶振，一個周期 ，定時器初值賦值為 50ms，則 1s/(50ms*)=40,即溢出 40 次中斷一次為1s。具體見流程圖 。 開始 打開文件 CH*.txt 新建文件 CH*.txt 關(guān)閉文件 追加日期時間和該通道電壓值 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（論文） 第 25 頁 共 40 頁 25 圖 定時器 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)并計算電壓值，再判斷是否采集標(biāo)志，是的話就 SD 卡存儲并 LCD 顯示，否的話不存儲只 LCD顯示。具體見流程圖 所示。 中斷 重新賦初 值 50mS 溢出 40次？ 溢出次數(shù)加一 溢出次數(shù)清零 是 否 置位 1S標(biāo)志位 中斷返回 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 共 40 頁 26 圖 主程序流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 按鍵內(nèi)容 清除 未按下 清除時間標(biāo)志位 讀取 DS1302 讀取 4個通道AD采樣數(shù)據(jù) 計算電壓值 SD卡存儲 時間和電壓 顯示時間和各通道電壓 置位 /清除采集位 刪除記錄文件 采集、停止采集 時間標(biāo)志位 采集標(biāo)志位 是 是 否 否 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 40 頁 27 5 結(jié)論