在數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及具有相關(guān)功能的儀器設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，本文在成功實(shí)踐的基礎(chǔ)上,，介紹微控制器MSP430F449實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及與上位機(jī)數(shù)據(jù)通信的相關(guān)內(nèi)容。文中給出了實(shí)用的硬件電路和部分軟件代碼,，詳細(xì)講解了在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中需要注意的一些環(huán)節(jié),。
在數(shù)據(jù)采集和測(cè)量?jī)x器尤其是便攜式設(shè)備中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸是不可避免的問(wèn)題,，近年來(lái)TI公司推出的低功耗微控制器MSP430,，在儀器設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域引起巨大變革，新型控制器和大容量串行存儲(chǔ)器的應(yīng)用大大提高產(chǎn)品了的性能,。本文主要解決兩個(gè)問(wèn)題
1 解決經(jīng)過(guò)MSP430采集后的數(shù)據(jù)與EEPROM24C256的數(shù)據(jù)接口問(wèn)題,，也就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題；
2 解決EEPROM與上位機(jī)（普通微機(jī)）的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題,，也就是存儲(chǔ)后的數(shù)據(jù)上傳問(wèn)題,。
首先對(duì)主要的集成電路做簡(jiǎn)單介紹
MSP430F449簡(jiǎn)介
MSP430F449是MSP430系列中的一種，MSP430系列是一種具有集成度高,，功能豐富,、功耗低等特點(diǎn)的16位單片機(jī)。它的集成調(diào)試環(huán)境Embedded Workbench 提供了良好的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái),。設(shè)計(jì)中基于程序的復(fù)雜性和程序容量大的要求選擇了MSP430F449,，這款芯片具有64K程序存儲(chǔ)器,，可以滿(mǎn)足大部分復(fù)雜控制的需要；它的封裝100－PIN QFP具有良好的互換性,，與MSP430F437 ,、MSP430F435等芯片具有完全一致的管腳可以在程序量上進(jìn)行合理選擇。
24C256簡(jiǎn)介
24C256是支持I2C協(xié)議的串行EEPROM,，容量32768字節(jié),。
以上是24C256的管腳圖，其中A0,，A1,，A2構(gòu)成存儲(chǔ)器的物理地址，作為I2C總線(xiàn)上區(qū)分不同存儲(chǔ)器的控制地址,，可以在I2C總線(xiàn)上同時(shí)連接8個(gè)設(shè)備,。 WP是寫(xiě)保護(hù)，高電平將禁止對(duì)器件的寫(xiě)操作,；SCL和SDA是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂凭€(xiàn),，其中SCL是時(shí)鐘，SDA是雙向數(shù)據(jù)線(xiàn),，用來(lái)完成數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出,，數(shù)據(jù)的傳輸按照I2C協(xié)議的要求由時(shí)鐘端SCL配合共同完成。
CP2102簡(jiǎn)介
CP2102是USB到UART的橋接電路,，完成USB數(shù)據(jù)和UART數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,，電路連接簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸可靠,，把下位機(jī)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB數(shù)據(jù)格式,，方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在上位機(jī)上通過(guò)運(yùn)行該芯片的驅(qū)動(dòng)程序把USB數(shù)據(jù)可以按照簡(jiǎn)單的串口進(jìn)行讀寫(xiě)操作編程簡(jiǎn)單,，操作靈活,。
圖1 MSP430F449 接口原理圖
以上是MSP430F449與EEPROM以及CP2102的接口原理圖，本文重點(diǎn)在于介紹數(shù)據(jù)采集過(guò)程完成以后的數(shù)據(jù)存貯和數(shù)據(jù)傳輸,。
數(shù)據(jù)的采集多種多樣,，可以經(jīng)過(guò)片內(nèi)的ADC轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬量進(jìn)行采集，也可以通過(guò)獨(dú)立的端口控制線(xiàn)對(duì)特殊的傳感器比如溫度傳感器,、壓力傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,，這不作為本文介紹的內(nèi)容。本文主要是針對(duì)不同的采集過(guò)程完成后數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸處理,。
數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)的客觀(guān)要求
在許多測(cè)量過(guò)程中,，不僅要求讀取簡(jiǎn)單的儀表值，而且還需要對(duì)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析和處理以取得預(yù)測(cè)和分析的目的。在這種情況下,，可能要求測(cè)量時(shí)間長(zhǎng),，采集要求自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工值守,，所以數(shù)據(jù)必須自動(dòng)存儲(chǔ),；另一個(gè)原因，采集數(shù)據(jù)的頻率比較高,，人的觀(guān)察不能滿(mǎn)足實(shí)際需要,，這就要求對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)。
集成電路合理選擇
有很多大容量的FLASH芯片已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,，但是這類(lèi)芯片口線(xiàn)較多,，需要占用較多的控制器資源，在控制外圍器件多,，接口復(fù)雜的情況下，特別是便攜式儀器功能全,、體積小,，為了精簡(jiǎn)外圍電路，在不影響存儲(chǔ)量的情況下,，具有I2C接口的串行EEPROM就成為了最佳選擇,。
24C256程序控制原理
24C256是具有I2C接口的512x64存儲(chǔ)器，在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)過(guò)程中除了遵循I2C協(xié)議必須的邏輯以外,，一個(gè)最容易忽視并且最容易導(dǎo)致出錯(cuò)的問(wèn)題就是存儲(chǔ)地址問(wèn)題,。
24C256的數(shù)據(jù)容量是32768，即可以存儲(chǔ)的有效字節(jié)數(shù),。所以它的地址是16位整型數(shù),有效范圍是0～32768,，數(shù)據(jù)字節(jié)為單位存儲(chǔ)，在16位地址其中有效數(shù)據(jù)只有15位,，低6（0～5）位地址表示的容量是0～63,，然后連續(xù)的9（6～14）位地址表示頁(yè)碼的范圍是0～511，在數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)過(guò)程中,，相同的頁(yè)面內(nèi),，存儲(chǔ)地址自動(dòng)完成累加過(guò)程；數(shù)據(jù)在不同頁(yè)面的存儲(chǔ)時(shí),，地址不能自動(dòng)累加,，如果不做正確處理，數(shù)據(jù)將從本頁(yè)開(kāi)始的地址重新開(kāi)始覆蓋已經(jīng)存在的數(shù)據(jù),。例如,，地址是63（二進(jìn)制碼111111）表示的是第0頁(yè)的最后一個(gè)存儲(chǔ)空間，地址64（二進(jìn)制碼1,000000）表示第1頁(yè)最開(kāi)始的存儲(chǔ)空間,。在當(dāng)前存儲(chǔ)地址是63時(shí)如果該器件處于連續(xù)存儲(chǔ)模式下,，數(shù)據(jù)將出錯(cuò),。
原因是什么呢？ 24C256支持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)存儲(chǔ),，最大的存貯數(shù)量是64即一頁(yè)的內(nèi)容,，如果在地址選擇上超過(guò)了這個(gè)限制，數(shù)據(jù)將會(huì)覆蓋本頁(yè)開(kāi)始的位置重新存儲(chǔ),，這就造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤,，在使用上，雖然數(shù)據(jù)是分頁(yè)存儲(chǔ)的,，但在形式上是連續(xù)數(shù)據(jù),，所以存儲(chǔ)中不需要特意區(qū)分頁(yè)地址和頁(yè)內(nèi)地址。
在連續(xù)存儲(chǔ)中,，盡管數(shù)據(jù)每次存儲(chǔ)的數(shù)量小于64,，數(shù)據(jù)也可能出錯(cuò)，例如每次存儲(chǔ)數(shù)量為11,，地址的變化是0,，11，22,，33,，44，55,，66……,，看上去沒(méi)有什么問(wèn)題，地址是按照每次11遞增的,，然而存儲(chǔ)的結(jié)果還是出錯(cuò)了,，原因是什么呢？在地址55開(kāi)始的空間無(wú)法提供連續(xù)11個(gè)頁(yè)內(nèi)存儲(chǔ)空間,，當(dāng)?shù)刂吩黾拥?3以后數(shù)據(jù)又從該頁(yè)0地址重新開(kāi)始,，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的錯(cuò)誤。有效的解決辦法是如果使用連續(xù)存儲(chǔ)模式,，地址的安排上要使存儲(chǔ)塊的大小為64,，32，16,，8,，4，2此外都不能使用連續(xù)地址存儲(chǔ),。如果數(shù)據(jù)采集中的有效數(shù)據(jù)位小于64,，比如每次采集的結(jié)果是30字節(jié)，在連續(xù)存儲(chǔ)模式下要按照32為單位存儲(chǔ)，不足的字節(jié)補(bǔ)零處理,。
以下是24C256數(shù)據(jù)傳輸基本控制模塊
// 延時(shí)處理模塊
void IIC_Delay(void)
{
_NOP();
_NOP();
_NOP();
}
// 啟動(dòng)I2C模塊
void start_IIC(void) // 啟動(dòng)I2
{
P2OUT&=0xf9; //設(shè)置P2輸出
P2DIR&=0XFD; //SDA=1, 上拉電阻使得P2.1為H,，F(xiàn)D=1111,1101
P2DIR&=0XFB; //SCL=1 FB="1111",1011
P2DIR|=0X02; // SDA="0"
P2DIR|=0X04; // SCL="0"
}
// 停止I2C模塊
void stop_IIC(void) //
{
P2DIR|=0X02;//SDA=0
IIC_Delay();
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
P2DIR&=0XFD;//SDA=1, 上拉電阻使得P2.1為H，F(xiàn)D=1111,1101
IIC_Delay();
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
}
// 發(fā)送 “ 0”模塊
void send_zero(void) //
{
P2DIR|=0X02;// SDA="0"
IIC_Delay();
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
IIC_Delay();
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
}
// 發(fā)送 1模塊
void send_one(void) //
{
P2DIR&=0XFD;//SDA=1, 上拉電阻使得P2.1為H,，F(xiàn)D=1111,1101
IIC_Delay();
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
IIC_Delay();
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
}
// 發(fā)送單字符數(shù)據(jù)
void send _char(unsigned char data_out) //
{
unsigned char i,tmp=0x80;
for(i=0;i<8;i++)
{
if((data_out & tmp)>0)
send_one();
else
send_zero();
tmp/=2;
}
}
// 讀單字符數(shù)據(jù)
unsigned char read_char(void)
{
unsigned char i,tmp=0x80;
unsigned char data1=0;
for (i=0;i<8;i++)
{
P2DIR&=0XFD;//SDA=1, 11111101
IIC_Delay();//
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
IIC_Delay();
if((P2IN&0x02)>0x00)
{
data1|=tmp;
}
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
IIC_Delay();
tmp/=2;
}
return data1;
}
// & 檢查應(yīng)答信號(hào)模塊
void iic_ACK(void)
{
ack_flag=0x00;
P2DIR&=0XFD;//SDA=1, FD="1111",1101
IIC_Delay();
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
IIC_Delay();
while((P2IN&BIT1)==BIT1);
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
IIC_Delay();
}
// 拒絕應(yīng)答模塊
void iic_NACK(void) & nbsp; {
P2DIR&=0XFD;//SDA=1,
IIC_Delay();
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
IIC_Delay();
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
IIC_Delay();
P2DIR|=0X02;// SDA="0"
IIC_Delay();//
}
// 寫(xiě)連續(xù)數(shù)據(jù)模塊
void WriteNbyte(unsigned char *p,unsigned int addr,unsigned char number)
{
start_IIC();
send_char(0xa2);
iic_ACK();
send_char(addr/256); //high address byte
iic_ACK();
send_char(addr%256);
iic_ACK();
do
{
send_char(*p);
p++;
iic_ACK();
}
while(--number);
stop_IIC();
delay(10);
}
// 發(fā)送應(yīng)答模塊：ACK (LOW)
void S_ACK(void)
{
P2DIR|=0X02;// SDA="0"
;IIC_Delay();
P2DIR&=0XFB;//SCL=1 FB="1111",1011
IIC_Delay();
P2DIR|=0X04;// SCL="0"
IIC_Delay();
}
// 連續(xù)讀字符模塊
void ReadNbyte(unsigned char *p,unsigned int addr,unsigned char number)
{
start_IIC();
send_char(0xa2);
iic_ACK();
send_char(addr/256);
iic_ACK();
send_char(addr%256);
iic_ACK();
start_IIC();
send_char(0xa3);
iic_ACK();
do
{
*p=read_char();
p++;
if(number!=1)
S_ACK(); //send ACK
}
while(--number);
iic_NACK();
stop_IIC();
}
數(shù)據(jù)的傳輸
數(shù)據(jù)傳輸是存儲(chǔ)在EEPROM中的數(shù)據(jù)到達(dá)計(jì)算機(jī)的有效途徑,，數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)最常用的是串行（RS232）接口，
現(xiàn)在由于USB計(jì)數(shù)的不斷成熟,，通過(guò)USB可以方便快捷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,，而且可以滿(mǎn)足速率和設(shè)備外觀(guān)的要求，但是USB的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的工作,，本例中使用簡(jiǎn)單的橋接電路,，把UART接口的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CP2102的橋接，直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的USB轉(zhuǎn)換,，從430F449異步串口輸出的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為符合USB協(xié)議的數(shù)據(jù)直接連接到計(jì)算機(jī)的USB口,，上位機(jī)應(yīng)用程序通過(guò)CP2102的驅(qū)動(dòng)程序可以象操作串口一樣直接讀寫(xiě)端口數(shù)據(jù)。
結(jié)論
以上的硬件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單可靠,，可以照搬到同類(lèi)型的控制芯片上,，軟件代碼也同樣具有較好的移植性，只要把控制時(shí)鐘和數(shù)據(jù)端口和程序軟件設(shè)置相一致即可,。
參考文獻(xiàn)：
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2,、MSP430系列單片機(jī)接口計(jì)數(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例《北京航天航空大學(xué)出版社》
3,、MSP430系列單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)《北京航天航空大學(xué)出版社》