基于C8051F340的非易失大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案

摘要：海洋儀器在后期數(shù)據(jù)分析處理時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路是不可或缺的。針對(duì)海洋儀器對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大容量非易失的要求，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，給出幾種擴(kuò)展海量存儲(chǔ)器的方案和實(shí)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(kuò)展大容量存儲(chǔ)器，相比于傳統(tǒng)的存儲(chǔ)電路，省去了譯碼和鎖存電路，同時(shí)簡(jiǎn)化了軟件編程。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，這些存儲(chǔ)電路工作穩(wěn)定、功耗低，適用于中低速，需存儲(chǔ)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(guò)程中，觀測(cè)的周期比較長(zhǎng)，累積的數(shù)據(jù)量往往比較大，要求使用大容量存儲(chǔ)器。而且由于海洋環(huán)境惡劣，很多時(shí)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(chǔ)器。EEPROM和Flash閃存，既有ROM的特點(diǎn)非易失性，又有比較高的存取速度，而且易于擦除和重寫(xiě)，功耗很小，集成度高，是比較好的選擇。但早期的存儲(chǔ)電路通常比較復(fù)雜，因?yàn)槠浯鎯?chǔ)器容量小，接口單一，為了擴(kuò)大容量需要外加擴(kuò)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(chǔ)器層出不窮。這些存儲(chǔ)器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、實(shí)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(jiàn)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(chǔ)設(shè)計(jì)方案，可方便移植到與51兼容的其他單片機(jī)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(hào)片上系統(tǒng)型單片機(jī)。它的內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052所有外設(shè)，包括2個(gè)全雙工UART、1個(gè)增強(qiáng)型SPI端口，1個(gè)SMBUS端口，40個(gè)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(kuò)展不同的接口存儲(chǔ)器。圖1是基于C8051F340的硬件接口(I2C，SPI，GPIO)實(shí)現(xiàn)的3種大容量存儲(chǔ)器擴(kuò)展方案的示意圖。



2 I2C總線擴(kuò)展EEPROM存儲(chǔ)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(chǔ)器交換數(shù)據(jù)方法簡(jiǎn)單。但是，在繪制電路板時(shí)，這些總線將耗費(fèi)很大空間。而I2C存儲(chǔ)器克服了這個(gè)缺點(diǎn)，它僅需要數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SDL 2條總線即可。數(shù)據(jù)交換速率要求在ms級(jí)的場(chǎng)合，I2C存儲(chǔ)器可以取代并行存儲(chǔ)器。
2．2 AT24C1024及與C8051F340的軟硬件設(shè)計(jì)
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(yè)，每頁(yè)為256字節(jié)，可用電擦除；它具有2種寫(xiě)入方式，一種是字節(jié)寫(xiě)入方式；另一種是頁(yè)寫(xiě)入方式。允許在一個(gè)寫(xiě)周期內(nèi)同時(shí)對(duì)1個(gè)字節(jié)到l頁(yè)的若干字節(jié)的編程寫(xiě)入，l頁(yè)的大小取決于片內(nèi)頁(yè)寄存器的大小。AT24C1024具有256字節(jié)數(shù)據(jù)的頁(yè)面寫(xiě)能力。