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

}［page］

? 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（）;

}［page］

? 拒絕應(yīng)答模塊

void iic_NACK（void） {

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。

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