在一些智能儀器中,，經(jīng)常需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集和存儲操作。例如,，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)中需要采集田地中每一個采樣點的經(jīng)度,、緯度、產(chǎn)量和濕度等信息,。采樣點有成千上萬個,，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，保證這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)的可靠存儲是測控系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一,。對基于PC機的智能儀器,，這些數(shù)據(jù)可直接以DOS或Windows文件的形式存入硬盤；而對于基于單片機的現(xiàn)場設(shè)備，則由于系統(tǒng)處理速度慢,、沒有操作系統(tǒng)支持和存儲容量小等原因,，難以滿足上述要求。通常單片機所支持的存儲單元為ＲＡＭ,、ＥＥＰＲＯＭ或小容量的Flash存儲芯片,，它們的一個共同特點是受尋址空間的限制，不能滿足海量存儲的要求,。
　　為此本文設(shè)計了一種海量存儲模塊,，它的存儲單元采用大容量電子盤(64MB或更高)，也稱CF卡(Compact Flash Card),。CF卡體積小,、重量輕、功耗低,、容量大,、讀寫速度快、機械性能優(yōu),、硬件兼容性好,，非常適合解決野外現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸及大容量存儲的問題。
　　該存儲模塊由微處理芯片" title="處理芯片">處理芯片,、擴展I/O" title="I/O">I/O芯片,、電子盤、IDE接口以及串行接口電路等組成,。它通過串口與外部設(shè)備進(jìn)行命令和數(shù)據(jù)的傳輸,，通過IDE接口實現(xiàn)對電子盤的操作，由微處理芯片來協(xié)調(diào)和控制各部分的工作,，這樣便構(gòu)成了基于單片機系統(tǒng)的海量存儲系統(tǒng),。
1 存儲模塊的組成結(jié)構(gòu)
　　CF卡存儲模塊由串口、微處理芯片,、I/O擴展芯片,、IDE接口、電子盤組成,。圖1是其組成結(jié)構(gòu)圖,。

1.1 CF卡的結(jié)構(gòu)和讀寫控制
　　如圖1所示，微控制器通過82C55A組成的I/O擴展電路和IDE接口來控制CF卡,。由于CF卡與IDE(Integrated Drive Electronics)設(shè)備接口具有兼容性,，這里IDE接口實際上實現(xiàn)了CF讀卡器的功能，完成了50引腳CF卡接口到40引腳標(biāo)準(zhǔn)IDE接口的轉(zhuǎn)換,。所以借助于該IDE接口電路,，微控制器讀寫CF卡采用的軟硬件結(jié)構(gòu)與控制IDE硬盤完全相同,。下面對IDE接口作一簡單介紹。
　　IDE接口引腳圖如圖2所示,。其中,，D(15...0)是數(shù)據(jù)線，GND為地線,，IOW,、IOR分別為寫,、讀信號,，RESET為復(fù)位信號，/CS0,、/CS1,、HA(2...0)為地址信號，I/O CHRDY為驅(qū)動器就緒信號,。

　　IDE接口基于寄存器結(jié)構(gòu),，所有的輸入輸出均通過對相應(yīng)的寄存器進(jìn)行操作來實現(xiàn)。表1為在/CS0,、/CS1,、HA2、HA1,、HA0信號和讀,、寫信號控制下所選擇的寄存器名稱及其地址。
　　IDE接口的操作時序為：
　　(1)等待驅(qū)動器將狀態(tài)寄存器中的Bit7(BUSY位)清零,。
　　(2)向相關(guān)的寄存器寫操作硬盤所需的參數(shù),，即寫扇區(qū)數(shù)寄存器、扇區(qū)號寄存器,、柱面號寄存器,、磁頭寄存器等。
　　(3)向命令寄存器寫命令代碼,。
　　(4)使中斷使能位有效,。
　　(5)等待驅(qū)動器置DRY#,發(fā)中斷請求。
　　IDE接口有兩種讀寫方式：LBA(邏輯塊地址)和CHS(柱面/磁頭/扇區(qū))方式,。本模塊使用CHS方式,。
1.2 系統(tǒng)硬件組成
　　微控制芯片采用51系列的SST89E564RD芯片，該芯片中含有1K的RAM(On-Chip RAM)和64K+8K字節(jié)的內(nèi)置電可擦除存儲器(Flash ROM),，支持在線編程(ISP),，系統(tǒng)開發(fā)非常簡便。對于電子盤的讀寫只能以扇區(qū)為單位,，一個扇區(qū)有512字節(jié),，因此一次讀寫最少要有512字節(jié),。這就要求芯片中要有一個大于512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，所以采用含有1K內(nèi)存的SST89E564RD芯片是比較合適的,，可以節(jié)省一個外接的數(shù)據(jù)存儲器,。
　　串口的作用是實現(xiàn)與外部設(shè)備之間的命令和數(shù)據(jù)傳輸。SST89E564RD共有兩個串口,，一個用來實現(xiàn)與單片機系統(tǒng)之間的通信,，另一個用來實現(xiàn)與PC機之間的通信。與PC機相連的串口采用一個MAX232芯片來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換,。這樣,，該模塊可以在現(xiàn)場接收來自于單片機采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并實時存儲，而存儲的數(shù)據(jù)也能被PC機讀取,，并進(jìn)行事后數(shù)據(jù)分析,。
　　標(biāo)準(zhǔn)的IDE接口有40個引腳，其中控制和數(shù)據(jù)引腳共有24個,，這對于51系列芯片來說是無法控制的,，所以需要一個I/O擴展芯片82C55A來將I/O口擴展到24個，以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)IDE接口和微控制器的連接,。圖3所示為82C55A的擴展I/O電路,，圖4為CF卡的IDE接口電路。

2 CF卡存儲模塊的程序結(jié)構(gòu)
　　CF卡存儲模塊的程序采用C51語言編寫,，主要包括主程序和初始化,、寫扇區(qū)、讀扇區(qū)和串口輸入輸出子程序等,。其程序流程圖如圖5所示,。串口輸入采用硬件中斷方式。程序能夠接收來自于兩個串口的命令并執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)讀寫操作,。