开放实验项目报告-信息钮门禁-基于spi协议的数据采集系统

'开放实验项目报告实验项目SPI协议编程与器件应用学生姓名班级学号学院自动化学院专业测控技术与仪器指导教师指导单位电工电子实验教学中心 摘要本系统实现的是基于SPI协议的简易数据采集系统。用c语言编程，通过TLC2543模数转换器实现数据的采集，再采用存储器AT24C1024存储数据，数据经过单片机STC89C52进行处理后，最终在虚拟终端上进行显示。系统以单片机为主控器，在单片机系统实现了读写。关键字：SPI数据采集，模数转换，AT24C1024存储。 目录绪言……………………………………………………………………4第一章系统方案…………………………………………………5第二章系统硬件设计…………………………………………………62.1SPI协议介绍…………………………………………62.2主要器件介绍…………………………………………72.3电路原理图……………………………………………9第三章系统软件设计………………………………………………93.1SPI协议设计……………………………………93.2主程序设计………………………………………11第四章仿真情况………………………………………………………20第五章小结…………………………………………………………20 绪言随着技术与社会的发展，在很多领域实现需要数据的精密采集和处理，它是各种实验及各种工业制造的基础。其中数据的采集及处理系统就是其中的一个典型例子。数据的采集及处理系统是现代化发展的需要，它集微机自动识别技术和数据采集存储显示技术，涉及了电子，机械，计算机技术，通讯技术，生物技术等诸多新技术。它是各种行业功能实现的基础。适用各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间,智能化小区，工厂等。 第一章系统设计方案在本系统中，控制器采用单片机ATC89C52，TLC2543作为A/D进行数据采集，采用AT24C1024进行存储，并在虚拟终端上显示下图所示的是数据的采集及处理系统总体设计框图。主控器AT89C52显示器A/D模数转换，采集数据数据传输AT24C1024存储器数据传输RS232PC第二章系统硬件设计2.1SPI协议介绍SPI是高速同步串行口，是一种标准的四线同步双向串行总线。　　SPI，就是串行外围设备接口。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器 和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便.SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（用于单向传输时，也就是半双工方式）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。　　（1）SDO–主设备数据输出，从设备数据输入　　（2）SDI–主设备数据输入，从设备数据输出　　（3）SCLK–时钟信号，由主设备产生　　（4）CS–从设备使能信号，由主设备控制　　其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。负责通讯有3根线， 通讯是通过数据交换完成的，先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。2.2主要器件介绍（1）AT89C52的简单介绍AT89C52与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。 端口引脚第二功能：　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）　P1.5MOSI（在线系统编程用）　P1.6MISO（在线系统编程用）P1.7SCK（在线系统编程用）P3.0RXD(串行输入口)　P3.1TXD(串行输出口)　P3.2INTO(外中断0)　P3.3INT1(外中断1)　P3.4TO(定时/计数器0)　P3.5T1(定时/计数器1)　P3.6WR(外部数据存储器写选通)　P3.7RD(外部数据存储器读选通)　　此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。（2）TLC2543的简单介绍 TLC2543C和TLC2543I是12位开关电容逐次逼近模数转换器。每个器件有三个控制输入端：片选（CS），输入/输出时钟（I/OCLOCK）以及地址输入端（DATAINPUT）。它还可以通过一个串行的3态输出端（DATAOUT）与主处理器或其外围的串行口通讯，输出转换结果。本器件可以从主机高速传输数据。除了高速的转换器和通用的控制能力外，本器件有一个片内的14通道多路器可以在11个输入通道或3个内部自测试（self-test）电压中任意选择一个。采样-保持是自动的。在转换结束时，“转换结束”（EOC）输出端变高以指示转换的完成。本器件中的转换器结合外部输入的差分高阻抗的基准电压，具有简化比率转换、刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离的特点。开关电容的设计可以使在整个温度范围内有较小的转换误差。2.1特点·12位分辨率A/D转换器 ·在温度范围内10μs转换时间·11个模拟输入通道·3路内置自测试方式·固有的采样与保持·线性误差±1LSBMax·片内系统时钟·转换结束（End-of-Conversion，EOC）输出·单极性或双极性输出（有符号的双极性，相对于所加基准电压的1/2）·可编程的MSB或LSB前导·可编程的输出数据长度·采用CMOS技术·可提供应用笔记*2.2功能框图 2.3详细说明一开始，片选（CS）为高，I/OCLOCK和DATAINPUT被禁止以及DATAOUT为高阻抗状态。CS变低开始转换过程，I/OCLOCK和DATAINPUT使能，并使DATAOUT端脱离高阻抗状态。输入数据是一个包括一个4位模拟通道地址（D7～D4）、一个2位数据长度选择（D3～D2）、一个输出MSB或LSB在前的位（D1）以及一个单极性或双极性输出选择位（D0）的8位数据流，这个数据流是从DATAINPUT端加入的。输入/输出时钟系列是加在I/OCLOCK端，以传送这个数据到输入数据寄存器。在这个传送的同时，输入/输出时钟系列也将前一次转换的结果从输出数据寄存器移到DATAOUT端。I/OCLOCK接收输入系列的8、12或16个时钟长度取决于输入数据寄存器中的数据长度选择位。模拟输入的采样开始于输入I/OCLOCK的第4个下降沿而保持则在I/OCLOCK 的最后一个下降沿之后。I/OCLOCK的最后一个下降沿也使EOC变低并开始转换。2.3.1转换工作转换器的工作分成连续的二个不同的周期：（1）I/O周期，（2）实际转换周期。I/O周期由外部提供的I/OCLOCK定义，延续8、12或16个时钟周期，这取决于选定的输出数据的长度。2.3.2I/O周期在I/O周期中，同时发生二种操作：a.一个包括地址和控制信息的8位数据流被送到DATAINPUT。这个数据在前8个输入/输出时钟的上升沿被移入器件。当12或16个I/O时钟传送时，在前8个时钟之后DATAINPUT便无效。b.在DATAOUT端串行地提供8、12或16位长度的数据输出。当CS保持为低时，第一个输出数据位发生在EOC的上升沿。若转换是由CS控制，则第一个输出数据位发生在CS的下降沿。这个数据是前一次转换的结果，在第一个输出数据位之后的每个后续位由后续的I/O时钟每个下降沿输出。2.3.3.转换周期转换周期对用户是透明的，它是由I/O时钟同步的内部时钟来控制的。当转换时，器件对模拟输入电压完成逐次逼近式的转换。在转换周期开始时EOC 输出端变低而当转换完成时变高，并且输出数据寄存器被锁存。只有在I/O周期完成后才开始一次转换周期，这样可减小外部的数字噪声对转换精度的影响。2.3.4上电和初始化在上电后，CS必须从高变到低以开始一次I/O周期。EOC开始为高，输入数据寄存器被置为全零。输出数据寄存器的内容是随机的，并且第一次转换的结果将被忽略。为了对器件初始化，CS被转为高再回到低以开始下一次I/O周期。在器件从掉电状态返回后的第一次转换，由于器件的内部调整，读数可能不准确。2.4数据输入数据输入端在内部被连接到一个8位的串行输入的地址和控制寄存器。该寄存器规定了转换器的工作和输出数据的长度。主机提供的数据字是以MSB为前导的。每个数据位都是在I/OCLOCK序列的上升沿被输入的（见表1中数据“输入寄存器格式”）。2.5时序图 第三章软件设计3.1　SPI协议编程按照SPI协议规范，编写程序如下：voidADpian(ucharx){uchari;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_clock=0;io_clock=1;shudi=shudi<<1;shudi|=date_out;}io_clock=0;cs=1;}3.2主程序设计系统软件采用结构化设计，主程序主要代码如下：voidmain(){uchari=0x00,a,b,c,count=0; ucharsend_data=0x09;unsignedcharreceive_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_send(0x0a);Serial_send(0x0d);delay(5);//count=0;}delay(5);}} 第四章仿真情况4.1整体电路图4.2数据采集结果显示 4.3数据存储结果显示4．4虚拟终端结果显示 4.5局部电路图第五章小结SPI接口应用非常广泛，协议简单实用性强，支持高速传输，采用单片机编程实现可以加深对协议的理解，对其它串行协议如I2C、MICROWIRE等可以触类旁通。本实验还提高了单片机系统设计编程能力和对相关软件的使用。使自己的电子技术应用水平有了很大提高。 '