作者：北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院 王鐵流 吳丹丹 李成

    摘 要： 介紹采用c8051f320 soc與am45db321構(gòu)成數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

    關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)采集；usb接口；存儲(chǔ)電路；soc

    在一些特殊的工業(yè)場(chǎng)合，有時(shí)需要將傳感器的信號(hào)不斷的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)起來，并且到一定時(shí)間再把數(shù)據(jù)回放到pc機(jī)中進(jìn)行分析和處理。在工作環(huán)境惡劣的情況下采用高性能的單片機(jī)和工業(yè)級(jí)大容量的flash存儲(chǔ)器的方案恐怕就是最適當(dāng)?shù)倪x擇了。cygnal公司的c8051f320 soc是一種具有8051內(nèi)核的高性能單片機(jī)，運(yùn)行速度為普通8051的12倍。該芯片內(nèi)部528字節(jié)隨機(jī)ram和2048字節(jié)xram為數(shù)據(jù)緩沖和程序運(yùn)行提供了充足的空間。更受歡迎的是它的串行擴(kuò)展功能為當(dāng)前的各種串行芯片和外部設(shè)備接口的擴(kuò)展提供了極大的方便。高速的spi硬件接口與串行flash ram的無縫連接大大簡(jiǎn)化了電路板布線，而片內(nèi)自帶的usb接口功能使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和回放變得十分簡(jiǎn)單和快捷。在usb接口協(xié)議的支持下，使這個(gè)采集存儲(chǔ)電路的數(shù)據(jù)回放過程簡(jiǎn)單到了極點(diǎn)。

    本文給出的是用于大型光伏系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)電路，由于采用表面貼片工藝制作，整個(gè)電路板的寬度僅為18毫米，就像使用u盤一樣方便。

    采集電路硬件部分

    電路的硬件結(jié)構(gòu)

    本系統(tǒng)采用了cygnal公司的c8051f320芯片和atmel公司的at45db321c存儲(chǔ)芯片作為控制和存儲(chǔ)的主要芯片。圖1是信號(hào)采集系統(tǒng)的采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)框圖。

    圖1 基于usb數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)框圖

    從圖1中可見，在采集過程中，傳感器的輸入模擬信號(hào)經(jīng)可變?cè)鲆娣糯笃鞣糯蠛笏椭羉8051f320，經(jīng)過adc轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)片外有8個(gè)45db321c芯片組成了一個(gè)32mb的data flash存儲(chǔ)器，采集到的數(shù)據(jù)不斷地通過spi接口傳送到45db321c芯片中存儲(chǔ)。

    與其他型號(hào)芯片相比,c8051f320帶有usb接口，片內(nèi)的usb功能控制模塊符合usb2.0規(guī)范，可在全速或低速下運(yùn)行，并具有1kb usb緩存、集成收發(fā)器，無需外部電阻�？梢耘cpc機(jī)即插即用。當(dāng)需要數(shù)據(jù)時(shí)，可將采集存儲(chǔ)電路從現(xiàn)場(chǎng)取回，通過usb接口回放到pc機(jī)中，在labveiw平臺(tái)上進(jìn)行波形顯示和數(shù)據(jù)分析處理。

    8051f320與45db321c的硬件接口

    系統(tǒng)中c8051f320與45db321ci采用spi單主多從機(jī)的方式通信。引腳nss作為從機(jī)選擇線，選擇存儲(chǔ)芯片，低電平有效；sck作為串行外設(shè)接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘信號(hào)；rdy/buz作為判斷設(shè)備不忙或準(zhǔn)備接收新的指令操作的信號(hào)線；so、si作為數(shù)據(jù)傳輸線。

    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)上考慮使用8片45db321c芯片，最大容量達(dá)32mb,通過片選cs1~cs8分別連到各45db321c的cs端。時(shí)鐘sck只對(duì)被選中的45db321有效。本系統(tǒng)使用多片flash芯片的設(shè)計(jì)除了提供充足的存儲(chǔ)空間之外，還解決了一個(gè)關(guān)鍵問題，就是借鑒硬盤領(lǐng)域raid技術(shù)的思路，通過對(duì)4片一組的flash順序操作實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的并行加速，解決了flash寫入速度過慢的問題，大大提高了存儲(chǔ)性能。

    具體電路如圖2所示，其中8片存儲(chǔ)器的spi采用級(jí)聯(lián)只畫出一片，各自的cs片選信號(hào)由74hc138譯碼給出。

    圖2 單片機(jī)與flash存儲(chǔ)器的接口電路

    采集電路的程序軟件

    采集電路的程序是指固化在c8051f320 中的程序，采用c語言編寫，由主程序模塊、adc數(shù)據(jù)采集、flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和usb通信四部分組成。

    主程序和adc數(shù)據(jù)采集

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