基于avr单片机大容量数据采集系统的设计

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1、山西电子技术2011年第2期应用实践收稿日期:2011-02-11作者简介:索亮1984男湖北荆州人硕士研究生主要研究方向为基于嵌入式的传感器阵列信息处理。文章编号:16744578201102002803基于AVR单片机大容量数据采集系统的设计索亮梁芳中北大学信息探测与处理技术研究所山西太原030051摘要:高速嵌入式AVR单片机广泛应用于数据采集控制系统中但由于自身存储容量过小而不能尽其所能外扩Flash芯片很好地解决了存储容量上的瓶颈在提高单片机性能的同时大大降低了系统成本。基于此设计了5路A/D采集电路同时介绍了各个芯片的特点、功能结构并在此基

2、础上给出了它们之间的硬件接口设计及程序设计流程。关键词:大容量数据采集AVR单片机Flash存储器接口设计中图分类号:TN611.72文献标识码:A0引言AVR系列单片机一直以功能强、高可靠性、高速度、低功耗等特点而受到广泛的应用。但是AVR单片机自身的存储空间不大例如在长时间或者高速数据采集系统中对数据存储空间需求很大单片机自身的空间难以满足存储要求所以在大容量数据采集的场合下其作用受到了限制。因此在AVR单片机的基础上外扩一个存储芯片可以解决其存储容量小的问题1。Flash存储器体积小、容量大、并可随机访问是作为扩展存储芯片的最佳选择。设计中采用了

3、sumsung公司生产的NAND型的K9F5608U0M芯片作为扩展存储。1硬件设计论文设计了5路A/D采集电路介绍了如何在实际的电路中实现大容量数据采集。设计要求:5路并行采集电路A/D采集精度为12位每路的采集速度约为10k/s有效采集时间约为10分钟。由此我们可以得到所需要的存储空间大小大约为3M1051060K一般AVR单片机的数据存储容量是远远达不到的因此扩展一个FLASH芯片作为数据存储器。整个数据控制采集系统由三大模块组成分别是MAX1304模数转化芯片构成的数据采集模块、K9F4G08U0M存储芯片构成数据存储模块以及Atmega16L

4、芯片组成的系统控制模块。系统设计构架见图1。图1系统设计框图1.1系统控制芯片介绍ATmage16L是ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款AVR单片机采用RISC指令系统Havard结构设计具有接近1MIPS/MHz的高速处理能力具有16k字节的在线编程FLASH512字节的EEPROM数据存储器32个可编程双向I/O口可传送地址和数据2。芯片引脚见图2。1.2A/D芯片接口设计MAX1304是MAXIM公司推出的可编程12位精度串行输出A/D转换芯片它具有8路模拟通道输入每路都有独立的采样保持T/H电路。并行采样的功能极大地提高了采样速率可应

5、用在高速数据采集电路中。其电压输入范围为05V并具有6V的故障保护为电路提供了很好的安全屏障。内部或外部基准模式以及内部或外部时钟选择使得在设计电路时有了很大的灵活性。本设计中选用的是内部时钟及内部基准模式电路典型接法如图3所示。MAX1304的数据位与ATmega16L的BD两个扩展口相连以实现采集数据的读取其控制位与ATmega16L的A扩展口连接控制AD转换、芯片配置等操作3。MAX1304的12个I/O口中高8位分别与PB的8个口相连低4位与PD那?个口相连。其中可以通过配置高8位D0D7来选通要启动的模拟输入通道。上电时在启动转换位CONVS

6、T接PA4之前写入配置寄存器以选择有效通道。写配置寄存器时将片选CS接PA3和写使能WRPA2设为低电平然后将D0D7位装载到并行总线再将WR置为高电平数据在WR的上升沿锁存。转换结束位EOLC接PA0所有选通通道转换结束指示在EOLC的下降沿将CS接PA3和读RD接PA1置为低电平把第一个转换结果置于并行总线。RD连续的低电平脉冲将转换结果顺次放到总线上。时序中最后一个转换结果读取后额外的读脉冲可以使指针重新指向第一个转换结果。图2ATmage16L芯片图3MAX1304芯片1.3Flash芯片接口设计K9F5608U0M32M8位闪速存储器是sum

7、sung公司生产的基于NAND技术的大容量、高可靠性存储器。该芯片结构简单只有一颗存储体数据读、写、擦除速度快按页顺序读取平均每字节50ns与一般的SRAM相当接口电路简洁8位双向I/O口端口地址数据复用编程简单片内的写操作控制器自动执行所有的写操作和擦除功能包括提供必要的脉冲、内部校验等完全不用外部控制器考虑数据完全性好具有硬件写保护功能采用CMOS浮置门技术提高其寿命可擦写100000次数据保存10年不丢失。本设计中Flash的数据位与ATmega16L的C扩展口相连控制位与ATmega16L的BD扩展口连接实现数据的写入操作4。如图4所示Flas

8、h芯片的8个I/O与ATmega16L的PC07相连作为数据总线用于输入命令、地址、数据在读操