闪存技能的不断开展，使得闪存卡（如SD卡、MMC卡等）因其体积小、容量大、可靠性高级长处而在嵌入式存储范畴得到越来越广泛的运用。FAT16文件体系具有超卓的文件办理功用，能被大多数操作体系辨认，因而将闪存卡与FAT16文件体系相结合是嵌入式存储、记载体系中一个抱负的计划。温度收集与操控技能是现代丈量、操控体系的一个重要组成部分。因为传统的模仿传感丈量温度体系存在丈量精度低、易受搅扰、硬件杂乱、调试繁琐等不利因素，而新式单片数字式温度传感器具有丈量精度高、抗搅扰能力强、操作便利、功耗低一级长处，运用规划越来越广泛。本嵌入式数字温度记载器以ARM7微处理器LPC2148、数字温度传感器ADT75为根底，选用大容量SD卡作为存储介质，完结了FAT16文件体系，为温度收集与记载、嵌入式体系的数据存储供给了一个抱负的解决计划。
1 硬件规划
本温度记载器的硬件电路完结简略，首要包括2个部分：SD卡读/写单元电路、ADT75测温单元电路。如图1所示，LPC2148经过SPI总线读/写SD卡，经过I2C总线读/写ADT75完结温度的收集。 
图1 温度收集器硬件电路
1.1 SD卡与LPC2148的硬件接口规划
SD卡是一种依据NAND Flash的存储卡。因为它具有安全性高、容量大、体积小、功耗低、非易失性等长处，现在在嵌入式体系中已获得越来越广泛的运用。
SD卡支撑2种接口方式：SD卡方式、SPI方式[1]。SD卡方式选用4根数据线并行传输，速度快，但协议完结杂乱；SPI方式尽管速度功用与SD方式比较有所短缺，但协议完结简略，操作便利。
SD卡共有9个引脚，在SD方式下与SPI方式下各引脚的界说不相同。在SPI方式下，SD卡1～7引脚依次为片选引脚CS、数据输入DI、电源地、电源VDD、时钟信号CLK、电源地、数据输出DO,8脚与9脚在SPI方式下保存未用。因为SPI总线通讯协议要求在闲暇时SPI总线应坚持高电平，因而CS、DI、DO、CLK应外接10kΩ左右的上拉电阻。
1.2 ADT75测温作业原理
ADT75ARZ是ADI公司推出的一款低功耗、高分辨率的温度传感器。它内含12位A/D转化器，具有SMBus/I2C兼容接口，有超温指示输出引脚，额外作业温度规划为-55～+125℃，分辨率可达0．062 5 ℃，功耗低，作业电压是3～5．5 V[2]。其典型运用电路如图1所示。
ADT75的作业进程如下：ADT75经过内部的温度传感器将收集的温度转化为电压信号。此电压信号经过内部的∑Δ调节器后输入至12位A/D转化器，A/D转化后的12位温度数据存储于温度数据寄存器中，并将该温度数据与温度限制寄存器的值比较较，假如超越设定值，则引脚OS输出有用电平。OS引脚输出的有用电平可在装备寄存器中设定。
ADT75内部有5个寄存器：4个数据寄存器，1个地址指针寄存器。4个数据寄存器分别为装备寄存器、温度数据寄存器、THYST定值寄存器、TOS定值寄存器。装备寄存器是8位可读/写寄存器，可将ADT75设为各种方式，如关断、超温中止、单步、SMBus报警使能、OS/ALERT引脚极性等；16位温度数据寄存器是只读寄存器，温度值在其间以二进制补码方式存储，读取时先读取高8位，再读取低8位；THYST定值寄存器与TOS定值寄存器均为16位可读/写寄存器，16位数据均以二进制补码方式存储，它们的默许极限温度分别为+75℃、+80℃（TOS存放了超温限制值，THYST存放了滞后温度限制值，当丈量温度≥TOS设定的温度值时，OS引脚输出有用电平，直到温度降至THYST以下时，OS引脚输出电平才变为无效电平）。地址寄存器是一个8位的寄存器，在读/写ADT75内部各寄存器时，需将该寄存器的地址写入地址寄存器中。例如，若要读取ADT75的温度数据值，则需将温度数据寄存器的地址0x00写入地址寄存器中。
LPC2148具有两路规范I2C接口：P0.2与P0.3构成榜首路I2C接口，与其他I2C器材通讯时，需接上拉电阻；另一路I2C接口因为内部已装备上拉电阻，因而可不外接上拉电阻。
1.3 32位微操控器LPC2148
LPC2148是Philips公司推出的一款支撑实时仿真的32位/16位的具有ARM7TDMIS内核的微操控器，含有40KB片内RAM和512 KB片内Flash存储器，支撑ISP与IAP操作[3]。它接口资源丰厚，含有2路32位守时器，1个USB 2.0全速设备操控器，2个支撑16C550的串行UART接口，2路支撑高速总线的I2C接口，1路SPI接口及片上RTC实时时钟等。LPC2148内含PLL锁相环部件，可将主频提高到60MHz下运转。LPC2148支撑Thumb指令，在代码规划遭到束缚的场合，可在Thumb状况下运转。LPC2148选用超小LQFP64封装，作业电压为3.3V，适用于工业操控、医疗体系、拜访操控、 通讯网关、嵌入式软modem等场合。
本记载器首要运用了它的SPI总线接口、I2C接口、RTC实时时钟及丰厚的RAM资源等功用单元。LPC2148的RTC实时时钟的时钟源可由独立的32.768kHz晶振供给，而且RTC部件还有专门的电源引脚VBAT，它可由外部电池供电。本收集器选用了32.768kHz外部晶振并运用电池供电，使得在收集器掉电后，RTC实时时钟能够继续运转。
2 SD卡FAT16文件体系剖析
FAT（File Allocation Table，文件分配表）文件办理体系[4]是由微软发布的由MSDOS支撑的一种文件办理体系。在FAT开展进程中，先后发布了FAT12、FAT16、FAT32三个版别。其间FAT16是指磁盘的一个分区最多含有2的16次方个簇，因为每个簇的最大存储空间只要32KB，因而磁盘的一个分区的存储容量最大为2 GB。因为一般SD卡的容量巨细不超越2 GB，所以SD卡一般只作为一个分区。
SD卡支撑FAT12与FAT16文件体系[5]。表1描绘了本文中512 MB SD卡的文件体系结构。
表1 512 MB SD卡文件体系结构
SD卡中的保存扇区，一般不应向该扇区写入数据。若写入不正确的数据，则会损坏SD卡的文件体系结构，导致SD卡在PC机上无法辨认。
在FAT文件体系中，BPB（Bios Parameter Block，本分区参数记载表）是一个很重要的参数表。它标明晰该分区的一系列重要基本参数，例如总扇区数、每个簇的空间巨细、FAT表占用的扇区数等。在SD卡中，保存扇区的榜首个扇区（即分区记载扇区）的第12～36字节即为BPB。表2给出了BPB各字段的内容及阐明。
表2 512 MB SD卡BPB各字段内容
因为FAT文件体系选用链式存储原理，因而FAT表格中记载了每个文件的开端簇号、后继簇号、停止簇号。本文中，用FAT[i]标明在FAT表中簇号为i的字段的内容，且每个FAT[i]占用2个字节。在FAT16文件体系中，因为FAT[0]与FAT[1]默许值为0xFFFF，因而FAT表从FAT[2]开端存储文件的开端簇号与停止簇号，所以文件的开端簇号为0x0002。在FAT表中，用0x0000标明该簇号对应的存储空间没有被文件占用，用0x0002～0xFFFE的值标明开端簇号与存储后继内容的下一个簇的簇号，若一个文件在簇号为i的存储空间停止，则应在FAT[i]中写入0xFFFF。在第2个FAT表格之后是DIR区，每个FAT16文件都对应一个目录，每个目录的巨细为32字节。因为DIR占用了32个扇区，所以在DIR中一共可有512个挂号项，这也可经过读取BPB表中的字段BPB_RootEntCnt得到。
如在SD卡上新建FAT文件，应首先在FAT表中查找尚未被运用的簇号，确认文件的开端簇号，并依据文件的巨细，确认文件在FAT表格中的停止簇号，在相应的FAT[i]中写入开端与停止簇号。之后应在DIR区请求一个挂号项，实践上便是在DIR区中树立一个32字节的文件目录。最终在数据区对应该文件的扇区上写入文件数据。
3 软件规划
3.1 SD卡与LPC2148的底层软件接口规划
SD卡在上电复位后，主动进入SD方式，因而本规划中SD卡与LPC2148的底层软件接口规划首要是指怎么使得SD卡进入SPI方式，并在SPI方式下对SD卡的内存单元完结读/写操作。
图2 SD卡初始化流程
图2描绘了SD卡在上电复位后的初始化流程。在SD卡上电复位后，SD卡操控器在向SD卡发送任何指令之前，应向SD卡发送至少74个时钟周期，以等候SD卡完结上电复位进程，而且此刻操控器应将片选信号线置高。在上电复位完结后，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方式，而且处于闲暇状况。之后若要对SD卡完结读写操作，主机端LPC2148应继续发送激活指令（CMD1），直到收到SD卡正确的呼应数据0x00，标明SD卡现已退出闲暇状况，能够对SD卡寄存器进行读/写以及完结数据的传输操作。
在完结上述操作后，应设置一次性写入或许读取SD卡的数据的长度，这可经过发送设置块长度指令（CMD16）来完结。本规划中设定一次读/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，可经过发送读取数据指令（CMD17）、写数据块指令（CMD24）来完结。
3.2 读取温度值
当LPC2148要读取ADT75各寄存器的内容时，都需求经过先写入再读取的过程。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描绘了读取ADT75温度数据的时序。
图3 读取ADT75温度数据的时序
因为温度数据寄存器的地址值为0x0，因而写入地址寄存器的内容为0。在ADT75给出应对信号后，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，标明是读取数据。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完毕后，给出低电平的应对信号。当温度数据完结后，LPC2148传送完毕时序，完毕数据读操作。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），便是实测的温度。
3.3 软件主流程
在本温度记载器的规划中，运用LPC2148片上RTC实时时钟供给的秒中止、分中止、天中止功用完结ADT75温度数据的守时收集、存储和文件的树立。
当RTC的秒中止时，LPC2148经过I2C总线在400kHz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。为了便于用户运用读卡器在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
其间前4个字节为温度的实时收集时刻，存储的时刻内容为时、分、秒。第1个温度数据选用十六进制表明；第2个8字节的温度数据为转化后的实践温度值，每条记载均以回车（ASCII码为0x0D）、换行（ASCII码为0x0A）完毕。例如，在12时0分59秒收集的温度数据为0x1910，则存入RAM中的数据为“1200591910＋025.625”。
当RTC的分中止时，LPC2148将暂时存于RAM中的数据存入SD卡中。这样可削减对SD卡的写操作次数，延伸SD卡的运用寿命。
当RTC的天中止时，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日树立的文件名为“071006.txt”。因为每分钟写入SD卡的数据为22×60＝1320字节，因而每个文件的最大容量是1 856 KB。关于一张512 MB的SD卡，可保存约1年的温度数据。
图4描绘了本规划的软件主流程。在完结温度数据的收集与存储之前，需正确装备LPC2148的SPI总线操控寄存器、I2C操控寄存器及RTC实时时钟寄存器。
图4 软件主流程
结语
ADT75是一款完善的数字温度传感器，具有I2C总线接口；LPC2148功用强大，外设接口资源丰厚。将LPC2148与ADT75经过I2C总线相结合，即可完结散布式多点温度收集。SD卡FAT16文件体系的完结便利了用户读取与剖析收集的温度数据。本文为嵌入式体系数据的存储、温度数据的散布收集与记载供给了一个切实可行的解决计划。
参考文献
[1] 2000 SD Group.SD Memory Card Specifications Physical Layer Specification.Part 1. Version 1.0，March 2000.
[2] Analog Devices. ±1°C Accurate, 12Bit Digital,Temperature Sensor.Rev.0.2005.
[3] 周建功, 张华. 浅显易懂ARM7——LPC213x/LPC214x（下册）[M]. 北京：北京航空航天大学出版社,2006.
[4] Microsoft Corporation. FAT: General Overview of OnDisk Format. Version 1.02. May 5, 1999.
[5] 2000 SD Group. SD Memory Card Specifications Physical Layer Specification. Part 2. Version 1.0. Februay 2000.
