0 引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中需要采集存儲(chǔ)的信息越來越多,，相應(yīng)地使用了各種數(shù)據(jù)采集裝置,，以獲得被研究對(duì)象的相關(guān)信息。有時(shí)為了節(jié)約時(shí)間和計(jì)算機(jī)資源,，一般并不是在當(dāng)?shù)亓⒓刺幚磉@些信息數(shù)據(jù),，而是將數(shù)據(jù)傳向后臺(tái)由后臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、分析,。它們之間的數(shù)據(jù)傳輸媒介有有線傳輸,、無線傳輸和硬盤等幾種型式。當(dāng)采集現(xiàn)場(chǎng)條件不允許時(shí),，比如地形復(fù)雜且離后臺(tái)距離較遠(yuǎn),，有線、無線傳輸均不適用,。此外，有時(shí)周圍環(huán)境會(huì)出現(xiàn)高濕度,、高粉塵的惡劣情況,，在這種條件下硬盤驅(qū)動(dòng)器就難以可靠工作。為了滿足實(shí)際生產(chǎn)中在特定條件下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求,，通過長(zhǎng)時(shí)間的研究,，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)超大容量存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器容量可達(dá)4 Mb,，基本可以滿足復(fù)雜環(huán)
境下信息采集存儲(chǔ)的需要,。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于單片機(jī)存儲(chǔ)器存取數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1中單片機(jī)是控制核心,，存儲(chǔ)器是控制對(duì)象,，所有電路均為二者服務(wù)。由于存儲(chǔ)器是4 Mb的,，單片機(jī)的地址線已經(jīng)不夠用了,，為了進(jìn)行擴(kuò)展，加入地址擴(kuò)展電路,。為了加快存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī),，特加入了并機(jī)接口電路。譯碼電路是為了增加I／O的口數(shù)量,。
1．1 中央處理器(CPU)
采用W78E516B單片機(jī),，內(nèi)部包含有：64 kBE2PROM，可省去最小系統(tǒng),，節(jié)省了并行口,。
1．2 存儲(chǔ)器
靜態(tài)存儲(chǔ)器的核心是存儲(chǔ)器芯片，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有2種類型：
(1)芯片內(nèi)部有自帶電池的NVRAM,。
(2)自己設(shè)計(jì)掉電保護(hù)電路使用普通的SRAM,，DRAM,。閃速存儲(chǔ)器是一種非易失性存儲(chǔ)器，即使切斷供電電源以后也能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),，在不加電的情況下存儲(chǔ)在內(nèi)的信息可長(zhǎng)達(dá)lO年之久,。閃速存儲(chǔ)器可以隨機(jī)尋址、訪問時(shí)間很短,，能抵抗強(qiáng)烈的碰撞,，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可靠性好,，平均無故障時(shí)間可達(dá)數(shù)百萬小時(shí),。因此可以取代硬盤用于可移動(dòng)設(shè)備、工業(yè)電子產(chǎn)品領(lǐng)域及惡劣環(huán)境中,，其性能價(jià)格比很好,。系統(tǒng)選用Atmel公司生產(chǎn)的閃速存儲(chǔ)AT29C040芯片，它是國(guó)外新一代產(chǎn)品,，容量可達(dá)4 Mb,，采用分頁管理方式，這種芯片的讀／寫與一般RAM有所不同,。對(duì)芯片的基本操作如下：
讀：當(dāng)CE和OE為低,，WE為高時(shí)，由地址決定的存儲(chǔ)器單元將數(shù)據(jù)輸出,；當(dāng)CE或OE為高時(shí),，輸出為高阻態(tài)。這種雙線控制為設(shè)計(jì)者防止總線爭(zhēng)用提供了靈活性,。
字節(jié)裝入：用于輸入要編程的128 B(一個(gè)扇區(qū))數(shù)據(jù)或保護(hù)數(shù)據(jù)軟件代碼,。當(dāng)OE為高時(shí)，對(duì)WE加一負(fù)脈沖同時(shí)CE為低,，或?qū)E加負(fù)脈沖同時(shí)WE為低時(shí),，將地址在CE或WE首先下降的一個(gè)下降沿鎖定，數(shù)據(jù)由CE和WE首先上升的上升沿鎖定,。
編程：芯片編程以扇區(qū)為單位,。如果要改變扇區(qū)中的一個(gè)數(shù)據(jù)，扇區(qū)中所有的數(shù)據(jù)都要重新裝入芯片,，扇區(qū)中所有沒有裝入的字節(jié)在編程中都將被擦寫為FFH,。一旦一個(gè)扇區(qū)中的所有字節(jié)都裝入芯片，芯片立即在編程周期中對(duì)其進(jìn)行編程,，在第一個(gè)字節(jié)裝入后,，后續(xù)字節(jié)以同樣方式裝入。每一個(gè)新裝入字節(jié)的WE由高到低的跳變必須在前一個(gè)字節(jié)WE信號(hào)由低變高的150μs以內(nèi)。如果在上個(gè)裝入字節(jié)后150μs內(nèi)沒有檢測(cè)到WE由高向低跳變,，裝入周期終止,，內(nèi)部編程周期開始。A7～A16確定扇區(qū)地址,，在WE由高到低的變化中必須有效,，A0～A6確定扇區(qū)內(nèi)的字節(jié)地址，裝入字節(jié)可以任意次序,，不必順序裝入,。
軟件數(shù)據(jù)保護(hù)：在AT29C04O中應(yīng)用了軟件控制保護(hù)數(shù)據(jù)的功能，一旦對(duì)芯片使用軟件保護(hù),，則在芯片編程之前必須按一定算法進(jìn)行操作,。軟件保護(hù)可以由用戶啟動(dòng)或停止。啟動(dòng)軟件保護(hù)由一組3個(gè)編程命令組成,，對(duì)特定地址送特定數(shù)據(jù),。啟動(dòng)軟件保護(hù)以后每次對(duì)芯片編程都必須在編程周期前送相同的3個(gè)編程命令。一旦啟動(dòng)軟件保護(hù),，它將一直保持直到執(zhí)行停止命令,，上電掉電不能改變軟件保護(hù)的狀態(tài)。因此在電源變化期間,，為防止誤編程，啟動(dòng)保護(hù)后,，沒有3 B命令的寫操作無效,，但在twc期間，讀操作為有效操作,。
硬件數(shù)據(jù)保護(hù)：AT29C040硬件防止誤編程通過以下途徑：
如果電源電壓低于3．8 V,，禁止編程；
電源電壓上電到達(dá)3．8 V以上后,，芯片自動(dòng)延時(shí)5 ms后才開始編程,；
OE為低或CE為高或WE為高禁止編程周期；
如果WE或CE是小于15 ns的脈沖則不會(huì)啟動(dòng)編程周期,。
1．3 接口電路設(shè)計(jì)
通過上述分析,，設(shè)計(jì)大容量存儲(chǔ)器的接口電路如圖2所示。
該接口電路圖為實(shí)際工程應(yīng)用中的剪切圖,，其中單片機(jī)采用的是華邦W78E516B,，由于8位單片機(jī)I／O口數(shù)量有限，在工程應(yīng)用中一般不能滿足要求(圖中沒連線的I／O口已被用作其他用途),，因此采用74LS138進(jìn)行了擴(kuò)展,。由于29C040為4 Mb的容量，所以單片機(jī)的16位數(shù)據(jù)線已不能滿足要求，為了進(jìn)行大容量存儲(chǔ)器的擴(kuò)展,，采用8255來擴(kuò)展存儲(chǔ)器的地址線及訪問的范圍00000～7FFFF,。在此基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)存儲(chǔ)容量從4 Mb到數(shù)Gb的存儲(chǔ)器,。
2 軟件設(shè)計(jì)
為了增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性,，在讀／寫數(shù)據(jù)之前，要經(jīng)過一定的指令才能進(jìn)行讀／寫,，其保護(hù)指令如圖3,、圖4所示。如下程序是把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)刪除和對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫入數(shù)據(jù)的程序段,。該部分程序已通過調(diào)試,，是產(chǎn)品中程序的一部分。
3 結(jié)語
AT29C040具備在掉電情況下保存數(shù)據(jù)的功能,，在實(shí)際應(yīng)用中工作可靠,，適合于便攜式流動(dòng)性環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，特別是在應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有要求且存儲(chǔ)容量較大的場(chǎng)合更有其發(fā)揮的地方,。本文中所述部分即為實(shí)際產(chǎn)品中的應(yīng)用,。