基于串行閃存小體積的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引 言

在現(xiàn)代電子測量、儀器儀表、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，經(jīng)常涉及到現(xiàn)場采集模擬信號(hào)的工作，在某種情況下由于空間的限制，要求采集電路的體積要非常小。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集電路大多采用并行的閃存，體積比較大，不能滿足要求，而串行閃存由于其引腳數(shù)量少、封裝小，并且容量容易擴(kuò)展，可以滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求。所以，研究串行閃存在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用很有意義。

1 存儲(chǔ)器的原理

本系統(tǒng)所使用的存儲(chǔ)介質(zhì)SST25VF03-2B，其容量為4M×8 b，共8個(gè)管腳，分別為片選使能(CS)、串行時(shí)鐘(CLK)、串行數(shù)據(jù)輸入(SI)、串行數(shù)據(jù)輸出(SO)、寫保護(hù)(WP)、允許器件停止工作(HOLD)、電源(VCC)、地(GND)。該芯片有2種數(shù)據(jù)寫入的模式；字節(jié)編程模式(Byte-Program)和字編程模式(AAI-Word-Program)，在AAI模式下只需在第一次發(fā)送ADH命令時(shí)發(fā)送首地址，在存儲(chǔ)下一組數(shù)據(jù)時(shí)只需發(fā)送ADH命令，不必發(fā)送地址，地址回以2個(gè)字節(jié)的增量自動(dòng)增加，當(dāng)閃存存滿數(shù)據(jù)，即地址增加到最大值后，會(huì)自動(dòng)跳出AAI模式，停止編程。

閃存的讀數(shù)時(shí)序，計(jì)算機(jī)只需發(fā)送片選閃存、發(fā)送時(shí)鐘、03H命令、讀數(shù)的首地址，數(shù)據(jù)就會(huì)從閃存讀到SO口上，然后再讀入計(jì)算機(jī)，存入硬盤，讀數(shù)的長度由計(jì)算機(jī)控制，在讀完4M×8 b數(shù)據(jù)后，置位CE，則停止讀數(shù)，否則繼續(xù)返回首地址重新讀數(shù)。

閃存的擦除分為2種模式：一種是塊擦除，另一種為片擦除，由于本系統(tǒng)是每次在閃存存滿數(shù)據(jù)后才開始讀數(shù)、擦除的，所以采用片擦除模式。

2 總體的設(shè)計(jì)

電路把外界輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過模擬調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成適合A／D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)。A／D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)。CPLD控制觸發(fā)模式，A／D和閃存，使A／D轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)存入閃存，閃存存滿后，CPLD控制電路是電路處于低功耗的狀態(tài)，然后通過計(jì)算機(jī)讀取閃存的數(shù)據(jù)和擦除閃存。具體的框圖如圖1所示。

2．1 硬件設(shè)計(jì)

圖2為本系統(tǒng)的數(shù)字觸發(fā)邏輯圖，在A／D的busy的上升沿，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化完成的時(shí)候檢測數(shù)據(jù)是否大于設(shè)定的觸發(fā)值，當(dāng)轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)連續(xù)4次大于設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)標(biāo)志TRD變?yōu)楦唠娖健?/P>

圖3為CPLD控制閃存并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯圖，其中CE、SCK、SI分別用來控制串行閃存的CE、CLK、SI，電路上電后依次往閃存中發(fā)送寫使能，寫狀態(tài)寄存器，寫使能，配置SO管腳，配置閃存為AAI模式命令，然后等待觸發(fā)，觸發(fā)后(即TRD為高電平時(shí))，AD轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)開時(shí)存儲(chǔ)在閃存中。

圖4為地址計(jì)數(shù)器，用來記錄閃存的存儲(chǔ)地址，即是閃存中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的大小，在convst的下降沿，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值等于閃存容量的時(shí)候表示閃存已經(jīng)存儲(chǔ)滿了，然后把tc0置為1，控制電源管理下電，是電路處于低功耗的狀態(tài)。

圖5為CPLD控制的總體邏輯圖，時(shí)鐘頻率為24 MHz，在本系統(tǒng)中為了能夠更好地提高采樣頻率，采用了2片閃存進(jìn)行循環(huán)采集，CE30、CE31分別控制2片閃存，可以看出上電后，2片閃存同時(shí)發(fā)送命令，配置閃存為AAI模式，然后A／D轉(zhuǎn)化的數(shù)值連續(xù)4次大于設(shè)定值時(shí)，以后轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)就通過SI存儲(chǔ)在閃存中，由于沒有把TRD作為輸出，所以在邏輯圖中沒有看到TRD變?yōu)楦唠娖健?/P>

2．2 讀數(shù)軟件設(shè)計(jì)

圖6、圖7為閃存的讀數(shù)流程和擦除流程。為了在重新上電后能夠讀數(shù)和擦除，在插上讀數(shù)口后使能CPLD與閃存連接的管腳為高阻狀態(tài)，這樣計(jì)算機(jī)給閃存發(fā)閃存命令的時(shí)候就不會(huì)受CPLD的影響。

3 結(jié)束語

本文介紹了一種基于AD、CPLD、串行閃存來實(shí)現(xiàn)的小體積的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。與其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)體積小，存儲(chǔ)器便于控制，易于升級(jí)存儲(chǔ)器的容量，能夠滿足一般的信號(hào)采集。不足是系統(tǒng)的采樣頻率不夠高，只能達(dá)到250 kHz／S，不適于高頻信號(hào)的采集。