基于C8051F340的非易失大容量數(shù)據(jù)存儲方案

摘要：海洋儀器在后期數(shù)據(jù)分析處理時數(shù)據(jù)存儲電路是不可或缺的。針對海洋儀器對數(shù)據(jù)存儲大容量非易失的要求，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，給出幾種擴展海量存儲器的方案和實際電路。這些方案是以C8051F340為主控制器，充分利用C8051F340片上集成的I2C，SPI和I／O接口資源擴展大容量存儲器，相比于傳統(tǒng)的存儲電路，省去了譯碼和鎖存電路，同時簡化了軟件編程。經(jīng)實際應(yīng)用，這些存儲電路工作穩(wěn)定、功耗低，適用于中低速，需存儲大量數(shù)據(jù)的儀器儀表。
關(guān)鍵詞：C8051F340；I2C；SPI；I／O；非易失；大容量

在海洋儀器工作過程中，觀測的周期比較長，累積的數(shù)據(jù)量往往比較大，要求使用大容量存儲器。而且由于海洋環(huán)境惡劣，很多時候電池耗盡，儀器尚未回收，為了保證數(shù)據(jù)安全，必須采用掉電非易失存儲器。EEPROM和Flash閃存，既有ROM的特點非易失性，又有比較高的存取速度，而且易于擦除和重寫，功耗很小，集成度高，是比較好的選擇。但早期的存儲電路通常比較復(fù)雜，因為其存儲器容量小，接口單一，為了擴大容量需要外加擴展地址線的譯碼和鎖存電路。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種大容量存儲器層出不窮。這些存儲器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)技術(shù)、物理外觀和工作電壓等方面有較大差異，而在硬件接口上常見為I2C接口、 SPI接口和并行接口。
以Microehip公司生產(chǎn)的C8051F340為主控器，提出基于多種硬件接口的大容量存儲設(shè)計方案，可方便移植到與51兼容的其他單片機系統(tǒng)。

1 C8051F340特性及硬件接口
C8051F340是Sihcon公司生產(chǎn)的混合信號片上系統(tǒng)型單片機。它的內(nèi)核具有標準8052所有外設(shè)，包括2個全雙工UART、1個增強型SPI端口，1個SMBUS端口，40個I／O引腳，4 352字節(jié)的內(nèi)部RAM，128字節(jié)特殊功能寄存器等。C8051F340片上豐富的硬件資源，使其方便擴展不同的接口存儲器。圖1是基于C8051F340的硬件接口(I2C，SPI，GPIO)實現(xiàn)的3種大容量存儲器擴展方案的示意圖。



2 I2C總線擴展EEPROM存儲器
2．1 I2C總線
在并行總線系統(tǒng)，CPU要完成與外部RAM或ROM的交換數(shù)據(jù)，通常需要有3組總線(地址、數(shù)據(jù)、控制總線)，采用如此多的并行總線可使控制速度快，與存儲器交換數(shù)據(jù)方法簡單。但是，在繪制電路板時，這些總線將耗費很大空間。而I2C存儲器克服了這個缺點，它僅需要數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SDL 2條總線即可。數(shù)據(jù)交換速率要求在ms級的場合，I2C存儲器可以取代并行存儲器。
2．2 AT24C1024及與C8051F340的軟硬件設(shè)計
AT24C1024是l Mb支持I2C數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOS EEPROM，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為512頁，每頁為256字節(jié)，可用電擦除；它具有2種寫入方式，一種是字節(jié)寫入方式；另一種是頁寫入方式。允許在一個寫周期內(nèi)同時對1個字節(jié)到l頁的若干字節(jié)的編程寫入，l頁的大小取決于片內(nèi)頁寄存器的大小。AT24C1024具有256字節(jié)數(shù)據(jù)的頁面寫能力。