基于物联网的数据采集系统设计

毕业设计 论文 课题基于物联网技术的数据采集终端的设计 学学 院院电子信息工程学院电子信息工程学院 专业 方向 专业 方向 应用电子技术应用电子技术 班班 级级电子电子 112112 学学 号号 姓姓 名名尹露露尹露露 完成日期完成日期 2013 112013 11 指导教师指导教师束慧束慧 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 I 基于物联网技术的数据采集终端的设计 摘要 目前 数据采集一直是工业控制设备的主要组成部分 设计高精度的 AD 采 集终端 对系统的性能很重要 目前随着物联网技术的不断发展 为现场信号 采集和传输提供了一种新的方法 本课题在于探索和研究一种基于物联网技术 的数据采集终端 本系统由单片机控制模块 AD 采集模块 液晶显示模块 时 钟模块 温度模块 无线通讯模块等组成 可实现现场数据的实时准确采集 关键词 关键词 物联网技术 高精度 数据采集 通讯 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 II Abstract At present the data acquisition is the main part of industrial control equipment The performance of AD acquisition terminal design of high precision for the system is very important At present with the continuous development of the Internet of things technology It provides a new method for data acquisition and transmission This paper is to explore and study a IOT based data acquisition terminal The system is composed of MCU control module AD data acquisition module LCD module clock module temperature module wireless communication module It can realize accurate real time field data Keywords Internet of things technology High precision Data acquisition Communication 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 III 目录目录 摘要 I Abstract II 目录 III 引言 1 1 物联网介绍 2 1 1 物联网的原理 2 1 2 物联网技术的应用 3 2 系统的组成 3 2 1 系统的总体结构 3 2 2 系统参照标准 3 3 数据采集终端的硬件设计 5 3 1 CPU 芯片的选择 5 3 2 液晶显示模块 5 3 3 AD 采集模块 6 3 4 DS1302 时钟模块 6 3 5 温度模块 7 3 6 无线通讯模块 8 3 7 隔离模块 8 3 8 电源模块 9 4 软件设计 10 4 1 DS18B20 温度采集程序设计 10 4 2 DS1302 时钟采集程序设计 12 4 3 nRF905 程序设计 14 4 4 A D 数据采集程序设计 15 4 5 液晶显示程序设计 17 结 论 19 致 谢 20 参考文献 21 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 1 引言引言 对于大部分制造业企业 测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事 情 即使仪器已经具有 RS232 485 等接口 但仍然在使用一边测量 一边手工 记录到纸张 最后再输入到 PC 中处理的方式 不但工作繁重 同时也无法保证 数据的准确性 常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据 而对于 现场的不良产品信息及相关的产量数据 如何实现高效率 简洁 实时的数据 采集更是一大难题 这就需要设计高精度的 AD 采集终端 而在许多应用场合 需要的 AD 采集点多 而且分布广 如何将这些数据采集信号集中到主控 是很 多系统设计中遇到的问题 以往采用的是用有线的方式来实现信息传输 在互联网行业快速发展的今天 数据采集已经被广泛应用于互联网及分布 式领域 数据采集领域已经发生了重要的变化 首先 分布式控制应用场合中 的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展 其次 总线兼容型数据 采集插件的数量不断增大 与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加 国内外各种数据采集机的先后问世 将数据采集带入了一个全新的时代 又随着数字技术的飞速发展 数字化仪器已成为观测技术领域的主流仪器 因而数据采集技术也成为观测技术领域中十分重要的技术环节 任何计算机测 控系统中 都是从尽量快速 尽量准确 尽量完整的获得数字形式的数据开始 的 因此 数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的桥梁起着非常重要的作用 70 年代初 随着计算机技术及大规模集成电路的发展 特别是微处理器及高速 A D 转换器的出现 数据采集系统结构发生了重大变革 原来由小规模集成的 数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所 代替 因为由微处理器去完成程序控制 数据处理及大部分逻辑操作 使系统 的灵活性和可靠性大大的提高 系统的硬件成本和系统的重建费用大大的降低 本课题在于探索和研究一种基于物联网技术的数据采集终端 重点在于通 过无线通讯实现数据的实时的 准确的采集 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 2 1 1 物联网介绍物联网介绍 物联网是新一代信息技术的重要组成部分 其英文名称是 The Internet of things 由此 顾名思义 物联网就是物物相连的互联网 这有两层意 思 第一 物联网的核心和基础仍然是互联网 是在互联网基础上的延伸和扩 展的网络 第二 其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间 进行信息交 换和通信 因此 物联网的定义是 通过射频识别 RFID 红外感应器 全球 定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 把任何物体与互联网 相连接 进行信息交换和通信 以实现对物体的智能化识别 定位 跟踪 监 控和管理的一种网络 物联网是继个人计算机 互联网及移动通信网络之后的全球信息化的第三 次浪潮 是传感网 互联网 移动通信 云计算 以及智能信息处理等信息 技术发展到一定阶段 在应用需求和供给创新的双轮驱动下 通过水平分层与 垂直整合技术脉络与产业链条而形成的全球性信息系统 1 11 1 物联网的原理物联网的原理 物联网是在计算机互联网的基础上 利用 RFID 无线数据通信等技术 构 造一个覆盖世界上万事万物的 Internet of Things 在这个网络中 物品能 够彼此进行 交流 而无需人的干预 其实质是利用射频自动识别 RFID 技 术 通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享 而 RFID 正是能够让物品 开口说话 的一种技术 在 物联网 的构想中 RFID 标签 中存储着规范而具有互用性的信息 通过无线数据通信网络把它们自动采集到 中央信息系统 实现物品的识别 进而通过开放新的计算机网络实现信息交换 和共享 实现对物品的 透明 管理 物联网 概念的问世 打破了之前的传统思维 过去的思路一直是将物 理基础设施和 IT 基础设施分开 一方面是机场 公路 建筑物 而令一方面是 数据中心 个人电脑 宽带等 而在 物联网 时代 钢筋混凝土 电缆将与 芯片 宽带整合为统一的基础设施 在此意义上 基础设施更像是一块新的地 球工地 世界的运转就在它上面进行 其中包括经济管理 生产运行 社会管 理乃至个人生活 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 3 1 21 2 物联网技术的应用物联网技术的应用 物联网可以以电子标签和 EPC Electronic Product Code 产品电子代码 码为基础 建立在计算机互联网基础上形成实物互联网络 其宗旨是实现全球 物品信息的实时共享和互通 物联网的系统结构由信息采集系统 PML 信息服 务器 产品命名服务器 ONS 和应用管理系统四部分组成 本系统主要研究信息采集系统 信息采集系统包括产品电子标签 读写器 驻留有信息采集软件的上位机组成 主要完成产品的识别和产品 EPC 码的采集 和处理 存储有 EPC 码的电子标签在经过读写器的感应区域时 产品 EPC 码会 自动被读写器捕获 从而实现自动化 EPC 信息采集 采集的数据将交由上位机 信息采集软件进行进一步的处理 如数据校对 数据过滤 数据完整性检查等 这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用 本系统就是基于物联网进 行数据实时检测 并在检测模块中进行数据处理后再与网络进行数据的交换 来实现数据的实时采集 实时更新 从这些数据的反馈中 我们可以实行自动 的控制功能 大大的减少了人力在本系统中的占用量 2 2 系统的组成系统的组成 2 12 1 系统的总体结构系统的总体结构 基于物联网技术的数据采集终端系统的总体结构如图 1 所示 整个数据采 集系统我们总共将其分为了六个模块 单片机控制模块 AD 采集模块 液晶显 示模块 时钟模块 温度模块 无线通讯模块 这六个模块通过物联网技术进 行信息交换 实现通信 CPU 显示模块 DS1302时钟模块 18B20温度模块 按键模块 无线通讯 模块 电源模块 隔离 模块 多路转换 开关 现场信号 AD采集 模块 图 2 1 系统框图 2 22 2 系统参照标准系统参照标准 针对物联网系统的特殊性 确保系统的开放性 可扩展性和灵活性 在设计中 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 4 参照以下标准 GB8566 88计算机软件开发规范 GB8567 88计算机产品开发文件编制指南 DL476 92实时数据通信应用层协议 GB T13729 92远动终端通用技术条件 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 5 3 3 数据采集终端的硬件设计数据采集终端的硬件设计 3 13 1 CPUCPU 芯片的选择芯片的选择 本系统选用宏晶科技公司的 1T 单片机 STC12C5A32S2 该单片机在传统的 8051 单片机的基础上开发出来的一代高速 超强抗干扰新型单片机 指令代码 完全兼容传统 51 单片机 具有 48K 程序存储器 1280 个字节 RAM 3 个时钟输 出口 2 路 PWM 2 个串口 很容易实现单片机之间的通信 有内部 AD 模块 并且可拓展接口 解决的本系统 I O 口不够用的问题 其原理图如图 3 1 所示 GND C14 10uF R22 10K VCC C19 27PF C20 27PF Y4 11 0592MHz P1 0 ADC0 CLKOUT2 1 P1 1 ADC1 2 P1 2 ADC2 ECI RxD2 3 P1 3 ADC3 CPP0 TxD2 4 P1 4 ADC4 CPP1 SS 5 P1 5 ADC5 MOSI 6 P1 6 ADC6 MISO 7 P1 7 ADC7 SCLK 8 RST P4 7 9 P3 0 RxD INT 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 INT CLKOUT0 14 P3 5 T1 INT CLKOUT1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 Gnd 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 NA P4 4 29 ALE P4 5 30 EX LVD P4 6 RST2 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 Vcc 40 U1 STC12C5A32S2 VCC VCC 图 3 1 STC12C5A32S2 最小系统图 3 23 2 液晶显示模块液晶显示模块 为了有更好的视觉效果 显示清晰 为了有更好的视觉效果 显示清晰 我们选用 KGA 液晶显示屏 可以不单独提供背光电源 仅使用逻辑电源点亮背光 可显示内容多 从 感官上 提升视角区间 原理图如图 3 2 所示 R6 20k C2 0 1uF R5 2k FG 1 VSS 2 VDD 3 VO 4 WR 5 RD 6 CE 7 C D 8 NC 9 REST 10 DB0 11 DB1 12 DB2 13 DB3 14 DB4 15 DB5 16 DB6 17 DB7 18 FS 19 VOUT 20 LEDA 21 LEDK 22U5 KG 240128 VCC VCC VCC VCC 图 3 2 液晶显示 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 6 3 33 3 ADAD 采集模块采集模块 为了保证采集数据的精确性 我们采用了 ADS1212U 芯片作为 AD 转换芯片 ADS12X 具有 22 位分辨率 是高精度 大动态范围的 型 A D 转换器 其 差分输入适合直接与传感器或小电压信号相连 结构用于保证宽动态范围 和 22 位不失真编码 在 10HZ 转换速率时 用低噪的输入放大器可获得 20 位的 有效分辨率 在 10HZ 转换速率时 用独特的增强模式可获得 16 位的有效分辨 率 应用增益可编程的放大器大大增强了转换器动态范围 增益范围为 1 2 4 8 16 转换器包括一个灵活的异步串行接口 该接口是 SPI 兼容的 其原理图如图 3 3 所示 AinP 1 AinN 2 AGND 3 Vbias 4 CS 5 DSYNC 6 Xin 7 Xout 8 DGND 9 DVdd 10 SCLK 11 SDIO 12 SDOUT 13 DRDY 14 MODE 15 AVdd 16 REFout 17 REFin 18 U5 AD S1212U Rc 1 V in 2 V in 3 V 4 Ref 5 VO 6 V 7 Rc 8 U4 IN A128 AI AI 9V 9V AGND AININ C36 1uF AGND 5V AD SCLK AD SDIO AD SDOUT AD DRDYAD CS AGND 5V C33 6pF C34 6pF Y1 2M HZ AGND 5V R56 51K AGND 图 3 3 AD 模块原理图 另外由于 ADS1212U 是高精度的 AD 芯片 为了采集到的数据准确无误 要 给 AD 芯片提供稳定的电源 如图 3 4 所示 A 12V C49 0 1uF C2 10uF 25V A GN D C3 10uF 25V 9V N C 1 CAP 2 G ND 3 CAP 4 V OU T 5 LV 6 O SC 7 V 8 U1 TC962 C30 10uF 25V 9V C31 10uF 25V V in 1 GND 2 5V 3 V1 M C7809 C1 0 1uF 图 3 4 电源电路 AD 电源 3 43 4 DS1302DS1302 时钟模块时钟模块 本系统以分钟 时 日等单位进行数据实时采集并保存 每条记录中都具 有时间戳 为此采用时钟芯片 DS1302 来计时 DS1302 是 DALLAS 公司推出的 涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟 日历和 31 字节静态 RAM 通过简单的串 行接口与单片机进行通信实时时钟 日历电路提供秒 分 时 日 日期 月 年的信息 每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作 原理图 3 5 所示 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 7 可通过 AM PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式 DS1302 与单片机之间能简单 地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线 1 RES 复位 2 I O 数据线 3 SCLK 串行时钟 RAM 的读 写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通 信 DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于 1mW DS1302 的管 脚排列及描述如表 3 1 所示 Vcc2 1 X1 2 X2 3 GND 4 CE 5 I O 6 SCK 7 Vcc1 8 U2 DS1302 Y2 32 768kHz C5 0 1uF SCK I O CE VCC BT1 图 3 5 时钟电路 表 3 1 DS1302 引脚介绍 管脚功能 X1 X2 32 768KHz 晶振管脚 GND 地 RST 复位脚 I O 数据输入 输出引脚 SCLK 串行时钟 Vcc1 Vcc2 电源供电管脚 3 53 5 温度模块温度模块 本系统需要对温度进行实时采集 因此我们选用 DS18B20 温度传感器 DS18B20 是常用的温度传感器 它采用不锈钢外壳环氧树脂防水封装 可以直 接将测温探头置入土壤或水中 为温室环境的全方位检测提供了便利条件 芯 片内部包含半导体温度传感器 64 位 ROM 1 Wire 端口 报警寄存器 A D 转换器等模拟通道处理电路 可与微机 MCU 等直接接口 其工作温度范围是 55 125 在 10 85 的测量精度为 0 5 分辨率为 9 12 位可编程 具有温度报警功能 用户可设置高低温报警极限 其原理图如图 3 6 所示 GND 1 DQ 2 VDD 3 U4 DS18B20 R7 4 7K 18B20 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 8 图 3 6 温度模块 3 63 6 无线通讯模块无线通讯模块 本系统要通过物联网实现数据的采集 因此用到了无线技术 无线技术给 人们带来的影响是无可争议的 本系统选用 nRF905 单片无线收发器 nRF905 是挪威 Nordic 公司推出的单片射频发射器芯片 工作电压为 1 9 3 6V 32 引 脚 QFN 封装 5mm 5mm 工作于 433 868 915MHz3 个 ISM 频道 nRF905 可以 自动完成处理字头和 CRC 循环冗余码校验 的工作 可由片内硬件自动完成 曼彻斯特编码 解码 使用 SPI 接口与微控制器通信 配置非常方便 其功耗非 常低 以 10dBm 的输出功率发射时电流只有 11mA 在接收模式时电流为 12 5mA nRF905 单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器 一个带 解调器的接收器 一个 功率放大器 一个晶体震荡器和一个调节器组成 ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码和 CRC 可以很容易通过 SPI 接 口进行编程配置 nRF905 采用 Nordic 公司的 VLSI ShockBurst 技术 ShockBurst 技术使 nRF905 能够提供高速的数据传输 而不需要昂贵的高速 MCU 来进行数据处理 时钟覆盖 这样一来就降低 MCU 的存储器需求也就是说降低 MCU 成本 又同时缩短软件开发时间 原理图如图 3 7 所示 3 3V 1 TX EN 2 TRX CE 3 PWR UP 4 UCLK 5 CD 6 AM 7 DR 8 MISO 9 MOSI 10 SCK 11 CSN 12 GND 13 GND 14 U7 NRF905 3 3V TRX CE UCLK AM MISO SCK GND TX EN PWR UP CD DR MOSI CSN GND 图 3 7 无线通讯模块 3 73 7 隔离模块隔离模块 由于线圈驱动电流大 所以我们采用光电耦合器对模拟和数字电路进行有 效的隔离 增强控制部分的抗干扰能力 从而增强电路的稳定性 以 AD SCLK 信号为例 原理图如图 3 8 所示 NC 1 2 3 NC 4 VCC 8 VB 7 Vo 6 GND 5 U13 HCPL0501 R6 270 3 3V R7 10K VCC DGND AD SCLKKZ SCLK 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 9 图 3 8 光耦隔离模块 3 83 8 电源模块电源模块 给单片机以及驱动电路等其他模块供电 保证系统的正常运行 在 7805 前 加个三极管以保证输出的电压时稳定的 5V 如图 3 9 所示 V in 1 GND 2 V out 3 U4 7809 ADJ 1 V out 2 V in 3 LM1 D 9 1N 4007 D 11 1N 4007 D 10 1N 4007 D 12 1N 4007 D 8 1N 4007 R3 240 R2 1K 1 2 J3 CON 2 K 2 RELA Y DPST D 13 D IO DE C30 1uF C4 10uF R14 1K R13 TL431 OUT1 1 IN1 2 IN1 3 GND 4 IN2 5 IN2 6 OUT2 7 Vcc 8 R15 lm358 U 2 PC817 D 14 LED R16 330 1 2 J4 R11 10K R12 10K 图 3 9 电源模块 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 10 4 4 软件设计软件设计 4 14 1 DS18B20DS18B20 温度采集程序设计温度采集程序设计 DS18B20 编程时 操作过程分为三个步骤 首先 MCU 初始化 DS18B20 其 次 MCU 发出 ROM 命令 后跟需要读写的数据 然后 MCU 发出功能命令 后跟 需要读写的数据 一般情况下 DS18B20 按此步骤访问才能响应 MCU 的命令 并执行相应的功能 三个步骤的具体功能为 1 初始化过程 DS18B20 器件的所有操作都需先初始化器件 初始化操作由 MCU 发出复位 脉冲 从机收到后发出响应的应答脉冲两部分组成 MCU 发送复位脉冲后不断 查询 1 Wire 总线的状态并等待 DS18B20 发出应答信号 检测有没有 DS18B20 器件准备好 若在设定的时间内没有检测到应答信号 表示不能检测到 DS18B20 则返回或发出提示信号 2 ROM 命令 MCU 检测到 DS18B20 应答信号后 可以发送 ROM 命令 ROM 命令长度为 一个字节 分为搜索命令 读 ROM 命令 匹配 ROM 命令 报警命令和跳跃命 令五种 ROM 命令使一个单一的总线可连接多个 DS18B20 芯片 1 搜索 ROM 命令 命令代码 F0H 搜索 ROM 命令用于通过 DS18B20 内部的 ROM 码搜索总线上 DS18B20 芯片的 数量 也能判断总线上一线器件的类型 检测有没有其他类型的一线器件 例 如 A D 转换器 存储器等 如果总线上只有一片 DS18B20 可以采用读 ROM 命 令代替搜索命令 2 读 ROM 命令 命令代码 33H 当 1 Wire 总线上只有一片 DS18B20 不需搜索命令检测芯片的数量 可以 用读命令直接读取其 64 位内部 ROM 编码 但是如果总线上挂接多个一线芯片 该命令会使所有芯片同时响应 MCU 使数据产生冲突而导致操作失败 3 匹配 ROM 命令 命令代码 55H 当总线上有多片 DS18B20 时 某一时刻 MCU 需访问其中一个芯片 MCU 可先发出匹配命令 然后发出其 ROM 编码 所有芯片都接收此 ROM 码 并与自 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 11 身 ROM 码对比 由于 ROM 编码具有唯一性 因此总线上只有一片的 ROM 码与接 收的 ROM 码相同 并响应此后 MCU 发出的功能命令 其他 ROM 码不匹配的芯片 此后处于等待状态 4 跳过 ROM 命令 命令代码 CCH 跳过 ROM 命令主要用于 MCU 控制所有 DS18B20 同时工作 总线上挂接的所 有从器件收到命令后同时执行此后的功能命令 当从芯片数量多时 该命令可 明显提高工作效率 例如最常用的温度转换 MCU 可通过该命令控制总线上所 有的 DS18B20 在很短的时间内同时开始并完成温度 A D 转换 如果轮流转换 所需时间将会增加几十倍 5 报警搜索命令 命令代码 ECH MCU 可在 DS18B20 内部存储器中设置高低温报警极限值 工作过程中 通 过报警搜索命令可以仅检测哪些 DS18B20 芯片测量温度超出了高低温报警极限 值 未超温的则不予处理 该命令可以提高检测效率 3 功能命令 MCU 向 DS18B20 发出 ROM 命令后 可以随后发出功能命令 用以实现某 一控制功能 功能命令包括启动温度 A D 转换 写暂存器 读暂存器 复制暂 存器和回读 EEPROM 存储器等 各功能命令命令代码 具体功能及总线的的响 应情况如表 4 1 所示 表 4 1 DS18B20 功能命令集 功能命令命令代码功能描述单总线的响应信息 转换温度 44H 启动温度转换无 读暂存器 BEH 主机读取全部暂存器的内存 包括 CRC 字节 DS18B20 传输最多 9 个 字节到主机 写暂存器 4EH 主机向暂存器第 2 3 4 字节 即 TH TL 和配置寄存器 写入数据 主机传输 3 个字节数据 至 DS18B20 复制暂存器 48H 向暂存器中的 TH TL 和配置字节 复制到 EEPROM 中 无 回读 EEPROM B8H 将 EEPROM 中的 TH TL 和配置字节 回读至暂存器中 DS18B20 传送回读状态 至主机 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 12 4 操作时序 1 初始化时序 MCU 对 DS18B20 的各种操作均从初始化开始 编写初始化程序时 MCU 首 先将一线总线拉至低电平 480 s 以上 然后释放总线 15 60 s 读取总线状 态 若总线为低电平 表示 DS18B20 有响应信号 主从机联络成功 可以开始 后面的操作 DS18B20 收到低电平初始化信号后 会发出 60 240 s 的低电 平应答信号 为了保证可靠联络 MCU 等待应答的持续时间不能小于 240 s 当 MCU 主机在设定时间内不能检测到有效应答信号 可以返回重发 或者发出 错误提示信息 2 读 写时隙时序 读 写时隙时序是指 MCU 对 DS18B20 读写一个位数据 0 或 1 的操 作时序 是一线器件软件编程的核心 关系到能否可靠访问一线器件 因此编 程时严格按照 MAXIM 公司提供的时序图编写 DS18B20 的基本操作流程如图 4 1 所示 开始 初始化DS18B20 读DS18B20序列号 DS18B20 是否存在 发送跳过ROM指令 温度转换 复位DS18B20 调用中断子程序 调用显示子程序 有无 中断 Y Y N N 图 4 1 DS18B20 操作流程图 4 24 2 DS1302DS1302 时钟采集程序设计时钟采集程序设计 DS1302 的控制字节的最高有效位 位 7 必须是逻辑 1 如果它为 0 则不能 把数据写入 DS1302 中 位 6 如果为 0 则表示存取日历时钟数据 为 1 表示存 取 RAM 数据 位 5 至位 1 指示操作单元的地址 最低有效位 位 0 如为 0 表示要 进行写操作 为 1 表示进行读操作 控制字节总是从最低位开始输出 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 13 4 2 1 数据输入输出 I O 在控制指令字输入后的下一个 SCLK 时钟的上升沿时 数据被写入 DS1302 数据输入从低位即位 0 开始 同样 在紧跟 8 位的控制指令字后的下 一个 SCLK 脉冲的下降沿读出 DS1302 的数据 读出数据时从低位 0 位到高位 7 4 2 2 DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 个寄存器 其中有 7 个寄存器与日历 时钟相关 存放的数 据位为 BCD 码形式 其日历 时间寄存器及其控制字 此外 DS1302 还有年份寄存器 控制寄存器 充电寄存器 时钟突发 寄存器及与 RAM 相关的寄存器等 时钟突发寄存器可一次性顺序读写 除充 电寄存器外 所有寄存器内容 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类 一类是 单个 RAM 单元 共 31 个 每个单元组态为一个 8 位的字节 其命令控制字为 C0H FDH 其中奇数为读操作 偶数为写操作 另一类为突发方式下的 RAM 寄 存器 此方式下可一次性读写所有的 RAM 的 31 个字节 命令控制字为 FEH 写 FFH 读 下图为 DS1302 实时显示流程图 变量初始化 N 开始 使DS1302不具备写保护 复位产生一个高电平 写1302地址 延时一段时间 向该地址写数据 地址增加 数据写完了吗 复位产生一个高电平 写1302地址 延时一段时间 将该地址的数据读出 地址增加 数据读完了吗 显示数据 Y N Y 图 4 2 DS1302 实时时间流程图 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 14 4 34 3 nRF905nRF905 程序设计程序设计 I O USART SPI初始化 nRF905配置寄存器初始化 根据帧标志完成 不同功能配置 向nRF905写地址和数据 nRF905设置成发射模式 结束发送 DR是否为高 从SPI口读取数据 置低AM DR 将接收到的有效数 据组帧发送到PC机 Y N N Y 是否完成一 帧的接收 图 4 3 主程序流程图 NRF905处于 低电流模式 TRX CE HI 激活nRF905接收 NRF905发现和接收频率 相同的载波时 CD置高 nRF905是否接收 到有效的地址 N Y N Y AM被置高 接收数据 nRF905是否接收 到有效的数据包 DR被置高 TRX CE HI 进入低电流模式 MCU通过SPI接 口读出有效数据 DR和AM被置低AM被置低 Y N Y N NRF905处于 低电流模式 SPI接口加载地址 和有效载荷数据 TRX CE HI 激活nRF905传输 nRF单片机进入TX模式 TRX CE HI AUTO RETRAN HI 在前导码后DR设置为低 N Y N N Y Y 图 4 4 nRF905 数据传输流程图 图 4 5 nRF905 数据接收流程图 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 15 4 44 4 A DA D 数据采集程序设计数据采集程序设计 芯片的简单接口程序框图 ADS12X ADS12X CS DRDY DRDY CS ADS12X SDIO SDOUT SDOUT ADS12X SDOUT ADS12X SDIO SDOUT SDIO DRDY DRDY DRDY CS 图 4 6 芯片的简单接口程序框图 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 16 ADS1212U 内部有 5 种功能寄存器 其中指令寄存器 INSR 和命令寄存器 CMR 用于控制转换器的操作 数据输出寄存器 DOR 用于存放最新的转换 结果 零点校准寄存器 OCR 和满量程寄存器 FCR 用于对转换结果进行校 准 指令寄存器 INSR 是一个 8 位寄存器 对 ADS1212U 的每一步操作都是从它 开始的 具体格式如下 高位 低位 R WR WMB1MB1MB0MB00 0A3A3A2A2A1A1A0A0 R W 是读写控制位 1 为读操作 0 为写操作 MB1MB0 是欲读写的字节数 00 11 对应 1 4 A3 A0 是欲读写寄存器的地址 命令寄存器 CMR 是一个 32 位寄存器 通过对它的操作可以设置 ADS1211 10 的各种工作模式 数据输出寄存器 DOR 为 24 位寄存器 用于存放最新的转换结果 只有在 DRDY 信号为低的情况下 DOR 中的数据才是有效数据 如果在 1 fDATA 12 1 fXIN 时间内没有读出 DOR 中的数据 那么它将会被新的数据所覆盖 DOR 中输出的数据格式可以用补码形式表示 如 FFFFFFH H 7FFFFFH 表 示 负最大量程 0 正最大量程 也可以用原码形式表示 如 H H FFFFFFH 表示 负最大量程 0 正最大量程 这可用设置 CMR3 的 DF 位来实现 零点校准寄存器 OCR 和满量程寄存器 FCR 用于对转换结果进行标准 它们都是 24 位寄存器 可以在初始化中对其写入 以便用于校准输出数据 数 据采集程序的流程图如图 4 7 所示 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文 17 开始 初始化 DRDY是否为低 调用写子程序将写命令写入INSR 调用写子程序将控制指令写入CMR DRDY变高 DRDY是否为低 调用写子程序将读指令 写入INSR 调用写子程序将读DOR 命令写入CMR 调用读子程序将转换结 果读入单片机 数据处理 结束 Y N Y N 图 4 7 数据采集程序流程图 4 54 5 液晶显示程序设计液晶显示程序设计 下图为 KGA 液晶的指令表 控制状态指令代码 指令名称 CDRDRWD7D6D5D4D3D2D1D0 参 数 运行时间 读状态字 101S7S6S5S4S3S2S1S0 无 地址指针设置 11000100N2N1N02 状态检测 显示区域设置 110010000N1N02 状态检测 显示方式设置 1101000CGN2N1N0 无 32x1 Fosc 显示状态设置 1101001N3N2N1N0 无 32x1 Fosc 光标形状设置 11011000N2N1N0 无 32x1 Fosc 数据自动读写设置 110101100N1N0 无 32x1 Fosc 数据一次读写设置 11011000N2N