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1、便携式大容量数据采集系统的设计与实现第2O卷第3期2005年9月青岛大学(工程技术版)JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Vo1.20No.3Sep.2005文章编号:1006—9798(2005)03—0076—04便携式大容量数据采集系统的设计与实现阮勇,刘培基(1.中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900;2.青岛大学机电工程学院,山东青岛266071)摘要:为了满足数据采集系统大容量存储,便携和低功耗的要求,研制了新型便携式大容量数据采集系统.该系统主要由NAND型闪速存储器K9K1G08UOM,微控制器ADuC812和USB接口芯
2、片PDIUSBD12构成.K9KIG08UOM是存储容量为128M字节的串行结构芯片,I/O端口既作为地址和命令的输入口,又作为数据的输入/输出口,128M字节的存储空间需要27位地址,分为4个周期输入.ADuC812带有8通道,12位A/D转换器,该A/D转换器模块的各种功能通过3个寄存器SFR来设置.对微控制器而言,PDIUSBD12看起来就像一个带8位数据总线和一个地址位(占用两个位置)的存储器件.ADuC812的多位地址和数据总线可直接与PDIUSBD12的数据总线相连.试验结果表明,该系统能实时记录8通道128M字节的数据.带USB接口的设计保证了与PC机的高速数据传输和良好的
3、人机界面.关键词:数据采集;闪速存储器;微控制器;USB接口中图分类号:TM933.4文献标识码:A在生产和科研中,经常需要到工作现场或野外进行数据采集和处理.目前常用的方式是利用A/D卡或485等总线板卡配合PC机或工控机进行工作.在工业噪声严重,野外及环境恶劣的工作场合,对于可以随身佩带的医用动态心电监护仪,汽车行驶记录仪及某些便携式智能仪器等更需要体积小,功耗低,存储容量大,数据可以长时间保存的数据采集系统的需求大大增加.本文设计并实现的大容量便携式数据采集系统,由微控制器和NAND型闪速存储器构成,先将数据采集存储,在需要时通过USB接口传送到PC机进行分析和处理.1系统硬件结构
4、及接口电路1.1主要器件的配置闪速存储器(简称闪存)是一类新型电可擦写的非易失性半导体存储器.闪存根据其内部电路的逻辑结构主要可以分为两大类:NOR(异或)型和NAND(与非)型.NOR型闪存采用并行结构,具有可靠性高,随机读取时间快的特点.但是编程和擦除速度较慢,因此,主要用于编程和擦除操作较少的程序代码存储的场合;NAND型闪存采用串行结构,可以做出极高的容量,而且成本低,硬件接口和软件编程简单.由于读取时间较慢,主要用于数据存储方面.现采用三星1Gbit容量芯片K9KIG08UOM作为数据存储器存储数据信号.该芯片由8192个块(Block)组成,每块有32页(Page),一页为(
5、512+16)×8bit,实际容量为132M×8bitE¨.收稿日期:2005—03—28;修回日期:2005—06—02作者简介:阮勇(1975一),男,学士,主要从事测控技术等方面的研究工作.第3期阮勇,等:便携式大容量数据采集系统的设计与实现77微控制器采用美国AD公司生产的ADuC812,该芯片内包含了自校准的8通道12位ADC,两路12位DAC以及与8051兼容的MCU,单电源3V或5V工作,可提供适合于低功耗应用灵活的电源管理方案.芯片本身带有8KB闪存程序存储器,640B的闪存数据存储器和256B的数据RAM].由于ADuC812的数据RAM较小,为了对K9K1G08UOM
6、读写方便和进行页数据备份,需扩展8KB的数据RAM,这里采用SRAM芯片6264和USB接口.1.2硬件电路的设计硬件电路主要包括模拟信号的放大,滤波等预处理电路,实时时钟电路,微控制器ADuC812与闪存K9K1G08UOM,外接SRAM以及USB芯片的接口电路.系统组成原理框图如图1所示.团模拟信号团图1系统组成原理框图ADuC8l2K9KlG08UoMP3.OCEP3.1CLEP3.2ALEP3.3IVBP0.0一P0.7G===I/O0一I/O7RDREWRWE图2NAND型闪存接口电路8路模拟信号经过信号预处理,由ADuC812的输入通道P1.0～P1.7口接入,经单片机内部的
7、ADC模块转换成数字量,再经过外部缓存RAM存入K9K1G08UOM,回放时通过USB接口将数据传送至PC机.K9K1G08UOM与ADuC812的接口电路如图2所示.K9K1G08UOM的丽(片选),CLE(命令锁存使能),ALE(地址锁存使能)和RY/R百(操作状态指示)分别与ADuC812的P3.0～P3.3口相连接,丽(读使能),—W—E(写使能)分别与P3.7(而),P3.6(—W—R)相连接.K9K1G08UOM的I/O
