中北大学测控技术与仪器开题报告

1、 中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：Xxx学 号：学 院、系：信息与通信工程学院、电子工程系专 业：测控技术与仪器论 文 题 目：基于CH376的SD卡采集存储系统设计指导教师:马铁华 2012 年 03 月 15 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述 近期，被称为“灰霾元凶”的空气污染物PM2.5(又称“可入肺颗粒物”)受到公众广泛的关注，包括北京、上海、南京等许多城市均开始尝试发布PM2.5监测数据。2月29日国务院同意发布新修订的环境空气质量标准，新标准增加了细颗粒物PM2.5和臭氧8小时浓度限

2、值监测指标。自此，PM2.5首次正式纳入空气质量标准。总悬浮物颗粒物(PM100)、可吸入颗粒物(PM10)和可入肺颗粒物(PM2.5)是环境空气质量监测中经常使用的三个概念，它们代表三类大小不同的大气污染物，对人体健康和环境空气质量都有重要的影响。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人头发丝粗细的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。然而，根据

3、市场的资料显示，一般的PM2.5粉尘检测仪价格在七八千左右，甚至上万元，可谓十分昂贵。本设计针对这一问题，设计了采用廉价的51单片机和CH376芯片为核心，将采集的数据存入SD卡中，方便替换而且能及时地将数据读入计算机中进行处理分析的采集存储系统9。 在数据存储方面，各类51内核的单片机系统存在存储容量有限的问题。一般片上最多仅提供8 kB的数据存储器RAM , 片外也最大有64kB的寻址能力。在通常情况下，这样的寻址范围是可以满足系统设计需求的，但是在某些需要连续采集并且处理和存储的数据量相当大，同时存储器不允许刷新的场合，当存储信息超过64kB的存储容量时就迫切地需要解决所谓大容量存储的问

4、题1。在单片机中，一般RAM并行扩展的方法是利用其他空闲的并口线来增加地址线，以获得更大的地址访问空间。在数据安全存储方面，RAM具有易失性，属于Volatile Memory，不适合在存储测试系统中作为稳定安全的存储介质来记忆现场测试数据，因此扩展方式主要是采用大容量可擦除型的ROM。在嵌入式数据采集器中，Flash ROM存储器具有容量大、体积小、功耗小、成本低、掉电后数据不丢失、读写访问速度高、抗震性好等一系列的优点，已经成为广泛应用的存储器件2。目前 Flash ROM 有多种技术架构，以 NOR 技术和 NAND 技术为主流技术。NOR FLASH 是随机存取的设备，与单片机接口简单

5、、性能可靠、读取速度快于NAND型， 带有SRAM 接口，可以很容易地存取其内容的每一字节，但缺点是单片存储容量小，适合16MB以下的存储容量使用。NAND FLASH 存储容量大，是线性存取的设备，基本存储单元是页(Page)，每一页的有效容量是 512 字节的倍数，擦除和写入速度快于NOR型，适合大容量数据存储应用，但其缺点是与单片机的接口复杂，尤其是器件中随机分布有存储器坏块，并且在数据存储时可能因位反转造成存储数据错误，这给芯片直接应用造成了较大困难。大容量存储的另外一个选择就是电子硬盘类 Flash，即各类常见的智能存储卡，包括CF卡、SD卡、MMC卡等，此类卡具有统一规格的外部接口

6、， 可以通过并行口或 SPI 串行总线与单片机连接，同时内部通过纠错算法保证数据存储的高可靠性，此外还有低价格、大容量、低功耗、 移动存储、抗冲击振动等诸多优点。SD卡的技术是基于MultiMedia卡（MMC）格式上发展而来，大小和MMC卡差不多，尺寸为32mm x 24mm x 2.1mm。长宽和MMC卡一样，只是比MMC卡厚了0.7mm，以容纳更大容量的存贮单元。SD卡与MMC卡保持着向上兼容，也就是说，MMC卡可以被新的SD设备存取，兼容性则取决于应用软件，但SD卡却不可以被MMC设备存取。SD卡由Flash存储模块和内置控制器组成，前者负责以扇区为单位存储数据信息，后者负责与主机的接

7、口实现及控制数据在存储模块中的传输。SD卡共支持三种传输模式：SPI模式（独立序列输入和序列输出），1位SD模式（独立指令和数据通道，独有的传输格式）， 4位SD模式（使用额外的针脚以及某些重新设置的针脚。支持四位宽的并行传输）。所以本设计以SD卡作为大容量存储介质4。系统前端是传感器采集电路，由可谐调激光器和激光传感器组成。当大气中无微粒时，激光器发射的激光将全部被光陷阱吸收，光电传感器无信号输出。有微粒进入敏感区时，激光将在微粒上发生散射，微粒直径大小不同，光电传感器会接收散射光强度不同，据此产生相应强度的电流。从现场采集的电流信号通过转化为电压信号后放大滤波等处理，再经AD转换器转换成数

8、字信号传入单片机AT89S51（MCU），以CH376为核心的文件管理芯片和SD卡数据存储电路，实现对SD卡的FAT格式读写访问8 12。系统框图如下：系统框图最终，使存储测量的数据以windows文件系统FAT16的格式读入计算机。这里SD卡的总线访问格式是SPI格式，SPI是4线制，可配合51类单片机工作。而CH376 实现对SD卡的SPI方式访问控制。CH376是文件管理控制芯片，专用于单片机系统读写U盘或者SD卡中的文件，它内置了SD卡的通讯接口固件及 FAT文件系统的管理固件，以字节为单位对文件读写，支持8位并口、接口或者异步串口等3种通讯接口，支持低功耗模式，能为存储测试系统提供稳

9、定的存储保证。整个过程由所设计的电源模块供电，由实时时钟电路为系统提供时间基准11。参考文献：1 吉涛,蔡航. 应用SD卡实现大容量存储测试系统设计. 陕西科技大学学报, 2010, 28(5): 971012 赵庆海,栾玉敏,侯和平等. 大容量存储测试系统设计与实现. 测控技术, 2010, 29(4): 12143 邹吉武,李想,孙大军. 基于MSP430单片机的信号采集存储系统. 应用科学, 2010, 37(10): 14164 范育辉. 基于单片机的存储式测试系统的设计. 计量与测试技术, 2008, 35(10): 15165 张洪刚,苑秉成,徐瑜. 基于FPGA和SD卡的水声信号

10、高速采集与存储系统设计. 电子器件, 2009, 32(1): 2072116 杨增汪,陈斯,戴新宇. SD卡在煤矿矿井数据采集分站中的应用. 煤炭技术, 2011, 30(12): 1671697 祖静,申湘南,张文栋. 存储测试技术. 测试技术学报, 1994, 8(12): 25318 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,20109 杨永杰,樊建中,孙 晴等. 一种大气可吸入颗粒物检测与预警系统的研究. 南通大学学报, 2009, 8(3): 212510 孟涛,王福虎. 单片机 U 盘控制器的设计与实现. 舰船防化, 2010, 8(2): 202411 孙育才,王荣

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