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基于SPI总线的低频信号数据采集系统的设计.pdf

发布:2017-06-07约8.65千字共6页下载文档
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基于SPI 总线的低频信号数据采集系统的设计 纪珍从 中国地质大学(武汉)机械电子与工程学院,武汉(430074 ) E-mail :jizhencong@126.com 摘 要:主要介绍了系统的工作原理,并给出了系统的硬件电路及软件设计。该数据采集系 统以SPI 总线技术为基础,以P89V51RD2 为控制核心,对低频缓变信号进行模/数转换,存 储并进行处理、显示,实现了灵活、实时、低成本的特点,在低频缓变信号领域展现了很好 的应用前景。 关键词:数据采集,SPI 总线,低频缓变信号 1. 前言 在微机测控系统中,通常要用 A/D 转换器把现场模拟信号转换为数字信号,把数字量 传输给单片机以便进行信号检测,达到控制目的。当检测信号为高频信号时通常并行扩展一 片或多片 A/D 转换器;当检测信号为低频缓变信号时,串行扩展 A/D 芯片不仅节省成本, 而且提高系统的可靠性。 本文采用 SPI 工作方式将 P89V51RD2 与 AD7714 直接进行连接,无需任何转换实现 对低频缓变信号的模/数转换,存储并进行处理;以并行方式扩展液晶模块 12864-M,对监 测信号进行实时显示。 2. SPI 总线技术 SPI 接口是一种同步串行外设接口,可以使单片机与各种外围设备(如 FLASHRAM 、 网络控制器、A/D 转换器和 MCU 等)以串行方式进行通信以交换信息。 SPI 总线系统可直接与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CS,因此基于 SPI 总线的系统扩展仅需 3~4 位数据线和控制线即可实现与具 有 SPI 总线接口功能的各种 I/O 器件直接接口,可以简化电路设计,节省很多常规电路中的 接口器件和 I/O 口线,提高设计的可靠性。 利用 SPI 总线可以构成各种系统,如一个主 MCU 和几个从 MCU 、几个从MCU 相互连 接构成多主机系统(分布式系统) 、一个主 MCU 和几个从 I/O 设备所构成的各种系统等。在 大多数应用场合,可以使用一个 MCU 作为主控机来控制数据,并向一个或多个外围器件传 送该数据。SPI 总线结构系统的工作原理如图 1 所示。 MSB 主机 LSB MSB 从机 LSB MISO MISO 8 位移位寄存器 8 位移位寄存器 MOSI MOSI SPI 时钟发生器 SCK SCK SS SS 图 1 SPI 总线系统工作原理 - 1 - SCK 是主机和从机模式的时钟输入、输出脚。主器件 SPI 数据寄存器的写操作完成后, 起动 SPI 时钟发生器,写入的数据便从主器件的MOSI 脚移出,移入到器件的 MOSI 脚。一 个字节的数据传输结束后,SPI 时钟发生器关闭,SPIF 标志置位。如果 SPI 中断使能位 SPIE 和串口中断使能位 ES 置位,产生 SPI 中断,主机对数据进行处理。 3. 系统设计 该数据采集系统检测的信号低频缓变信号,信号经过 A/D 转换器处理后通过 SPI 总线 与微处理器进行数据传输,在微处理器中对所采集数据进行处理,并在 LCD 上显示处理结 果,实现对低频缓变信号的实时监测。该数据采集系统结构如图 2 。 模拟信号 CH1
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