基于FAT16文件系统的嵌入式温度记录器

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图2  SD卡初始化流程

图2描述了SD卡在上电复位后的初始化流程。在SD卡上电复位后，SD卡控制器在向SD卡发送任何命令之前，应向SD卡发送至少74个时钟周期，以等待SD卡完成上电复位过程，而且此时控制器应将片选信号线置高。在上电复位完成后，将片选信号线CS置低，即选中SD卡，且发送软件复位指令（CMD0），SD卡即可进入SPI模式，并且处于空闲状态。之后若要对SD卡实现读写操作，主机端LPC2148应持续发送激活指令（CMD1），直到收到SD卡正确的响应数据0x00，表明SD卡已经退出空闲状态，可以对SD卡寄存器进行读/写以及实现数据的传输操作。

在完成上述操作后，应设置一次性写入或者读取SD卡的数据的长度，这可通过发送设置块长度指令（CMD16）来实现。本设计中设定一次读/写的数据块长度为512字节。当要读取、写入SD卡某一数据块的内容时，可通过发送读取数据指令（CMD17）、写数据块指令（CMD24）来完成。

3.2  读取温度值

当LPC2148要读取ADT75各寄存器的内容时，都需要经过先写入再读取的步骤。在写ADT75时，需由地址指针寄存器指出将读取的寄存器地址。图3描述了读取ADT75温度数据的时序。

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图3  读取ADT75温度数据的时序

由于温度数据寄存器的地址值为0x0，因此写入地址寄存器的内容为0。在ADT75给出应答信号后，LPC2148给出读信号，即在第9个时钟周期将数据线SDA置为高电平，表明是读取数据。之后LPC2148读取温度数据的高8位，再读取数据的低8位，且LPC2148应在每个字节数据读取结束后，给出低电平的应答信号。当温度数据完成后，LPC2148传送结束时序，结束数据读操作。在12位温度数据格式下，读取的16位温度数据低4位为 0，将其取补码后，再除上16（浮点除法），就是实测的温度。

3.3  软件主流程

在本温度记录器的设计中，利用LPC2148片上RTC实时时钟提供的秒中断、分中断、天中断功能实现ADT75温度数据的定时采集、存储和文件的建立。

当RTC的秒中断时，LPC2148通过I2C总线在400 kHz的速率下读取ADT75的温度数据，并将温度数据存于LPC2148内部RAM中。为了便于用户使用读卡器在PC机上读取存入的温度数据，每秒钟存入RAM中的数据为22字节，且均为ASCII字符,数据格式如表3所列。

表3  存储数据格式

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其中前4个字节为温度的实时采集时间，存储的时间内容为时、分、秒。第1个温度数据采用十六进制表示,第2个8字节的温度数据为转换后的实际温度值，每条记录均以回车（ASCII码为0x0D）、换行（ASCII码为0x0A）结束。例如，在12时0分59秒采集的温度数据为0x1910，则存入RAM中的数据为“120059 1910＋025.625”。

当RTC的分中断时，LPC2148将临时存于RAM中的数据存入SD卡中。这样可减少对SD卡的写操作次数，延长SD卡的使用寿命。

当RTC的天中断时，LPC2148将在SD卡上新建一个新的记事本文件（.txt文件），文件名即为当天的日期，例如2007年10月6日建立的文件名为“071006.txt”。由于每分钟写入SD卡的数据为22×60＝1 320字节，因此每个文件的最大容量是1 856 KB。对于一张512 MB的SD卡，可保存约1年的温度数据。

图4描述了本设计的软件主流程。在实现温度数据的采集与存储之前，需正确配置LPC2148的SPI总线控制寄存器、I2C控制寄存器及RTC实时时钟寄存器。

结语

ADT75是一款完善的数字温度传感器，具有I2C总线接口,LPC2148功能强大，外设接口资源丰富。将LPC2148与ADT75通过 I2C总线相结合，即可实现分布式多点温度采集。SD卡FAT16文件系统的实现方便了用户读取与分析采集的温度数据。本文为嵌入式系统数据的存储、温度数据的分布采集与记录提供了一个切实可行的解决方案。

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图4  软件主流程

来源:单片机与嵌入式系统应用