0 引言
隨著信息技術的發展，在工業應用領域中需要采集存儲的信息越來越多，相應地使用了各種數據采集裝置，以獲得被研究對象的相關信息。有時為了節約時間和計算機資源，一般并不是在當地立即處理這些信息數據，而是將數據傳向后臺由后臺計算機進行處理、分析。它們之間的數據傳輸媒介有有線傳輸、無線傳輸和硬盤等幾種型式。當采集現場條件不允許時，比如地形復雜且離后臺距離較遠，有線、無線傳輸均不適用。此外，有時周圍環境會出現高濕度、高粉塵的惡劣情況，在這種條件下硬盤驅動器就難以可靠工作。為了滿足實際生產中在特定條件下數據采集系統的要求，通過長時間的研究，設計出一種基于單片機超大容量存儲器。該存儲器容量可達4 Mb，基本可以滿足復雜環
境下信息采集存儲的需要。
1 系統設計
基于單片機存儲器存取數據的整體結構框圖如圖1所示。
圖1中單片機是控制核心，存儲器是控制對象，所有電路均為二者服務。由于存儲器是4 Mb的，單片機的地址線已經不夠用了，為了進行擴展，加入地址擴展電路。為了加快存儲器中的數據導入計算機，特加入了并機接口電路。譯碼電路是為了增加I／O的口數量。
1．1 中央處理器(CPU)
采用W78E516B單片機，內部包含有：64 kBE2PROM，可省去最小系統，節省了并行口。
1．2 存儲器
靜態存儲器的核心是存儲器芯片，國內市場有2種類型：
(1)芯片內部有自帶電池的NVRAM。
(2)自己設計掉電保護電路使用普通的SRAM，DRAM。閃速存儲器是一種非易失性存儲器，即使切斷供電電源以后也能保持所存儲的數據，在不加電的情況下存儲在內的信息可長達lO年之久。閃速存儲器可以隨機尋址、訪問時間很短，能抵抗強烈的碰撞，具有很強的環境適應性，可靠性好，平均無故障時間可達數百萬小時。因此可以取代硬盤用于可移動設備、工業電子產品領域及惡劣環境中，其性能價格比很好。系統選用Atmel公司生產的閃速存儲AT29C040芯片，它是國外新一代產品，容量可達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。對芯片的基本操作如下：
讀：當CE和OE為低，WE為高時，由地址決定的存儲器單元將數據輸出；當CE或OE為高時，輸出為高阻態。這種雙線控制為設計者防止總線爭用提供了靈活性。
字節裝入：用于輸入要編程的128 B(一個扇區)數據或保護數據軟件代碼。當OE為高時，對WE加一負脈沖同時CE為低，或對CE加負脈沖同時WE為低時，將地址在CE或WE首先下降的一個下降沿鎖定，數據由CE和WE首先上升的上升沿鎖定。
編程：芯片編程以扇區為單位。如果要改變扇區中的一個數據，扇區中所有的數據都要重新裝入芯片，扇區中所有沒有裝入的字節在編程中都將被擦寫為FFH。一旦一個扇區中的所有字節都裝入芯片，芯片立即在編程周期中對其進行編程，在第一個字節裝入后，后續字節以同樣方式裝入。每一個新裝入字節的WE由高到低的跳變必須在前一個字節WE信號由低變高的150μs以內。如果在上個裝入字節后150μs內沒有檢測到WE由高向低跳變，裝入周期終止，內部編程周期開始。A7～A16確定扇區地址，在WE由高到低的變化中必須有效，A0～A6確定扇區內的字節地址，裝入字節可以任意次序，不必順序裝入。
軟件數據保護：在AT29C04O中應用了軟件控制保護數據的功能，一旦對芯片使用軟件保護，則在芯片編程之前必須按一定算法進行操作。軟件保護可以由用戶啟動或停止。啟動軟件保護由一組3個編程命令組成，對特定地址送特定數據。啟動軟件保護以后每次對芯片編程都必須在編程周期前送相同的3個編程命令。一旦啟動軟件保護，它將一直保持直到執行停止命令，上電掉電不能改變軟件保護的狀態。因此在電源變化期間，為防止誤編程，啟動保護后，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。
硬件數據保護：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3．8 V以上后，芯片自動延時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的脈沖則不會啟動編程周期。
1．3 接口電路設計
通過上述分析，設計大容量存儲器的接口電路如圖2所示。
該接口電路圖為實際工程應用中的剪切圖，其中單片機采用的是華邦W78E516B，由于8位單片機I／O口數量有限，在工程應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進行了擴展。由于29C040為4 Mb的容量，所以單片機的16位數據線已不能滿足要求，為了進行大容量存儲器的擴展，采用8255來擴展存儲器的地址線及訪問的范圍00000～7FFFF。在此基礎上，可以設計存儲容量從4 Mb到數Gb的存儲器。
2 軟件設計
為了增加數據存儲的安全性，在讀／寫數據之前，要經過一定的指令才能進行讀／寫，其保護指令如圖3、圖4所示。如下程序是把存儲器中的數據刪除和對存儲器進行寫入數據的程序段。該部分程序已通過調試，是產品中程序的一部分。
3 結語
AT29C040具備在掉電情況下保存數據的功能，在實際應用中工作可靠，適合于便攜式流動性環境下的數據采集系統，特別是在應用中對數據存儲有要求且存儲容量較大的場合更有其發揮的地方。本文中所述部分即為實際產品中的應用。