采用C51与插拔式FLASH闪存设计无纸记录仪
时间：2006-08-29 09:59:00
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[导读]简要介绍以C51为开发工具，以AT89C55WD单片机为核心，以插拔式FLASH闪存为存储器的无纸记录仪的设计和实现。
ATMEL公司推出的带有看门狗功能的单片机AT89C55WD带有20K的程序存储器，是8051系列中一款较为先进的产品，其看门狗功能可以大大提高产品的稳定性，大容量的内部程序存储器可以容纳功能丰富的软件。
以往的许多无纸记录仪均采用3.5英寸软盘作为数据存贮介质，但软盘存贮的可靠性差、存储容量有限、成本较高等诸多缺点实在难以克服。
作为一种高科技的非易失性存储设备，FLASH闪存首先在数码相机、PDA、移动电话等数字产品当中得到了应用，随着工艺的进步和价格的下降，逐步向其他应用领域扩展，其容量大、功耗低、速度快、不易受损等优点正受到人们越来越多的青睐，而且最大的好处是，随着技术水平的进步，FLASH闪存的容量也在不断增加，目前已经达到128M，而接口方式并没有任何变化，这就避免了费时费力的重新设计。FLASH闪存分为插拔式和贴片式，目前国内大部分厂家都采用贴片式即直接把FLASH闪存焊接于电路板上，这种应用方式就使FLASH闪存一旦焊好就无法更改和移动，而插拔式可以根据需要任意扩充并且携带方便，非常适合容量不确定和需要移动的应用。基于这些原因，我们采用了插拔式FLASH闪存作为无纸记录仪的存储设备。
下面简要介绍以C51为开发工具，以AT89C55WD单片机为核心，以插拔式FLASH闪存为存储器的无纸记录仪的设计和实现。
一、无纸记录仪总体布局
无纸记录仪所要实现的功能是这样的：记录仪有4个通道，每秒采样1次，每个通道每次采样需记录两个字节，根据各个通道的转储速率（从1至255可设定），把采样的数据写入外部数据存储器62256，一旦数据满512字节，就把512字节一次性写入FLASH闪存中。
图1：记录仪总体功能图
总体功能图如图1所示。
二、系统电路构成
无纸记录仪电路由单片机AT89C55WD、液晶显示电路、A/D采集电路、FLASH闪存存储电路、时钟电路和看门狗电路组成，下面简要介绍各个组成部分。
1.单片机AT89C55WD及电路组成
AT89C55WD与MCS-51相兼容，可对内核进行1000次的电擦写，其电压、电流和功耗都比较小，带有20K的可重写快闪存储器和硬件看门狗定时器。
看门狗定时器是在系统软件崩溃后进行恢复的一种方法，WDT由14位计数器和看门狗复位特殊功能寄存器（WDTRST SFR）组成，在缺省设置下，系统复位时即关闭。要使WDT有效，用户必须向0A6H单元的WDTRST SFR顺序写入01EH和0E1H。当WDT有效，计数器每经过一个机器周期后加1，除了硬件或WDT溢出复位，没有任何方法可使WDT无效。当计数器溢出，WDT就在RST引脚产生一个复位的高脉冲。
要使WDT持续有效，就必须每隔一定时间往WDTRST写入01EH和0E1H来避免WDT溢出。当WDT的14位计数器计数至16383（3FFFH）时，计数器便溢出，引起设备的复位。这就意味着用户必须至少每16383个机器周期复位WDT一次。使WDT复位，必须向只写寄存器WDTRST写入01EH和0E1H。当WDT溢出时在RST引脚产生一个复位的高电平脉冲，持续时间为：98×TOSC ，TOSC=1/FOSC。为了充分利用WDT，在要求防止WDT溢出复位时，应每隔一定周期写WDTRST一次。
单片机AT89C55WD通过P0口驱动液晶显示器；通过T1输出作为AD7715的采样脉冲同时用P2.6引脚读入AD7715的采样数据；因为FLASH的8根数据线与地址线是复用的，用单片机的P0口通过一片74ALS244及TC4010BP将电平转化后与FLASH相连；用单片机的P2.4经过74ALS32作为时钟DS1305的脉冲输入，INT0与时钟的引脚6即INT0相连，这样DS1305每秒产生中断信号作为AD7715采样的开始；通过把对时钟DS1305的脉冲输入作为看门狗X25045的输入，通过P2.6向X25045写入数据来实现看门狗功能。
2.液晶显示电路
在记录仪中使用HG16501点阵式液晶显示器，其内置有T6963C控制芯片，与单片机接口较为简单。
3. A/D采集电路
A/D采集电路主要由AD7715构成，该芯片是串行输入，三线接口，而4个通道的输入则选用了HCF4051。
4.电平转换电路
该电路主要是5V与3.3V之间的电平转换电路，本设计采用三片TC4010BP来实现。
5.时钟电路
系统时钟采用串行时钟芯片DS1305，并使用Motorola SPI工作方式。DS1305的INT0与单片机INT0直接相连，DS1305每秒产生中断启动AD7715进行采样。
6.看门狗电路
系统防复位的看门狗电路由可编程的X25045来实现，该芯片具有看门狗定时器、电压监控和EEPROM三种功能，这种组合降低了系统的成本并节省了电路板空间。
三、系统软件部分
系统软件采用C51语言与A51汇编语言混合编程，其中中断采样部分采用A51汇编语言来编写。
1.编程语言
本系统采用Keil公司V6.10的C51编译器。A51是一个有通用特性机用法的重定位宏汇编器，能很好地与INTEL公司的MASM51宏汇编兼容，支持模块化编程，可以方便地与高级语言接口，但与MASM51还是有很大区别，主要是A51对许多MASM51的寄存器都不支持，这一点需要注意。
2.工作过程
系统上电，对时钟、液晶显示器HG16501、AD7715芯片初始化后，主程序处于循环检测键盘的按键状态，并根据按键作相应处理，而采集部分是由CPU每秒产生中断来执行。四个通道采集后先向外部存储器62256写完512个字节后置写入允许，主程序一发现写入允许置位，就将这512字节的数据写入FLASH闪存，同时把写允许复位。 因为软件是分级菜单结构，每进入下一级子菜单，都必须作同样的事，时钟读并显示，检查写FLASH闪存允许位是否置位，如置位，则把数据写入FLASH闪存，所以把它单独列为常规操作。
主程序和常规操作的流程图比较简单，故略去。
图2：中断采集流程图
中断采集流程图如图2所示。
四、C51及A51程序
整个系统软件C51部分的源程序约70KB，中断部分的A51源程序约7.1KB，两部分编译连接后产生的HEX文件将近16KB，仅用了20KB程序存储器的五分之四，剩下的4K可留给将来添加新功能。
结束语
在研制无纸记录仪的过程中，我们采用C51与A51混合编程进行软件开发，以FLASH闪存作为存储器，不但软件的功能丰富多了，而且由于存储器稳定可靠、便于携带，也方便了进一步的数据处理工作。
以往的许多无纸记录仪均采用3.5英寸软盘作为数据存贮介质，但软盘存贮的可靠性差、存储容量有限、成本较高等诸多缺点实在难以克服。
作为一种高科技的非易失性存储设备，FLASH闪存首先在数码相机、PDA、移动电话等数字产品当中得到了应用，随着工艺的进步和价格的下降，逐步向其他应用领域扩展，其容量大、功耗低、速度快、不易受损等优点正受到人们越来越多的青睐，而且最大的好处是，随着技术水平的进步，FLASH闪存的容量也在不断增加，目前已经达到128M，而接口方式并没有任何变化，这就避免了费时费力的重新设计。FLASH闪存分为插拔式和贴片式，目前国内大部分厂家都采用贴片式即直接把FLASH闪存焊接于电路板上，这种应用方式就使FLASH闪存一旦焊好就无法更改和移动，而插拔式可以根据需要任意扩充并且携带方便，非常适合容量不确定和需要移动的应用。基于这些原因，我们采用了插拔式FLASH闪存作为无纸记录仪的存储设备。
下面简要介绍以C51为开发工具，以AT89C55WD单片机为核心，以插拔式FLASH闪存为存储器的无纸记录仪的设计和实现。
一、无纸记录仪总体布局
无纸记录仪所要实现的功能是这样的：记录仪有4个通道，每秒采样1次，每个通道每次采样需记录两个字节，根据各个通道的转储速率（从1至255可设定），把采样的数据写入外部数据存储器62256，一旦数据满512字节，就把512字节一次性写入FLASH闪存中。
图1：记录仪总体功能图
总体功能图如图1所示。
二、系统电路构成
无纸记录仪电路由单片机AT89C55WD、液晶显示电路、A/D采集电路、FLASH闪存存储电路、时钟电路和看门狗电路组成，下面简要介绍各个组成部分。
1.单片机AT89C55WD及电路组成
AT89C55WD与MCS-51相兼容，可对内核进行1000次的电擦写，其电压、电流和功耗都比较小，带有20K的可重写快闪存储器和硬件看门狗定时器。
看门狗定时器是在系统软件崩溃后进行恢复的一种方法，WDT由14位计数器和看门狗复位特殊功能寄存器（WDTRST SFR）组成，在缺省设置下，系统复位时即关闭。要使WDT有效，用户必须向0A6H单元的WDTRST SFR顺序写入01EH和0E1H。当WDT有效，计数器每经过一个机器周期后加1，除了硬件或WDT溢出复位，没有任何方法可使WDT无效。当计数器溢出，WDT就在RST引脚产生一个复位的高脉冲。
要使WDT持续有效，就必须每隔一定时间往WDTRST写入01EH和0E1H来避免WDT溢出。当WDT的14位计数器计数至16383（3FFFH）时，计数器便溢出，引起设备的复位。这就意味着用户必须至少每16383个机器周期复位WDT一次。使WDT复位，必须向只写寄存器WDTRST写入01EH和0E1H。当WDT溢出时在RST引脚产生一个复位的高电平脉冲，持续时间为：98×TOSC ，TOSC=1/FOSC。为了充分利用WDT，在要求防止WDT溢出复位时，应每隔一定周期写WDTRST一次。
单片机AT89C55WD通过P0口驱动液晶显示器；通过T1输出作为AD7715的采样脉冲同时用P2.6引脚读入AD7715的采样数据；因为FLASH的8根数据线与地址线是复用的，用单片机的P0口通过一片74ALS244及TC4010BP将电平转化后与FLASH相连；用单片机的P2.4经过74ALS32作为时钟DS1305的脉冲输入，INT0与时钟的引脚6即INT0相连，这样DS1305每秒产生中断信号作为AD7715采样的开始；通过把对时钟DS1305的脉冲输入作为看门狗X25045的输入，通过P2.6向X25045写入数据来实现看门狗功能。
2.液晶显示电路
在记录仪中使用HG16501点阵式液晶显示器，其内置有T6963C控制芯片，与单片机接口较为简单。
3. A/D采集电路
A/D采集电路主要由AD7715构成，该芯片是串行输入，三线接口，而4个通道的输入则选用了HCF4051。
4.电平转换电路
该电路主要是5V与3.3V之间的电平转换电路，本设计采用三片TC4010BP来实现。
5.时钟电路
系统时钟采用串行时钟芯片DS1305，并使用Motorola SPI工作方式。DS1305的INT0与单片机INT0直接相连，DS1305每秒产生中断启动AD7715进行采样。
6.看门狗电路
系统防复位的看门狗电路由可编程的X25045来实现，该芯片具有看门狗定时器、电压监控和EEPROM三种功能，这种组合降低了系统的成本并节省了电路板空间。
三、系统软件部分
系统软件采用C51语言与A51汇编语言混合编程，其中中断采样部分采用A51汇编语言来编写。
1.编程语言
本系统采用Keil公司V6.10的C51编译器。A51是一个有通用特性机用法的重定位宏汇编器，能很好地与INTEL公司的MASM51宏汇编兼容，支持模块化编程，可以方便地与高级语言接口，但与MASM51还是有很大区别，主要是A51对许多MASM51的寄存器都不支持，这一点需要注意。
2.工作过程
系统上电，对时钟、液晶显示器HG16501、AD7715芯片初始化后，主程序处于循环检测键盘的按键状态，并根据按键作相应处理，而采集部分是由CPU每秒产生中断来执行。四个通道采集后先向外部存储器62256写完512个字节后置写入允许，主程序一发现写入允许置位，就将这512字节的数据写入FLASH闪存，同时把写允许复位。 因为软件是分级菜单结构，每进入下一级子菜单，都必须作同样的事，时钟读并显示，检查写FLASH闪存允许位是否置位，如置位，则把数据写入FLASH闪存，所以把它单独列为常规操作。
主程序和常规操作的流程图比较简单，故略去。
图2：中断采集流程图
中断采集流程图如图2所示。
四、C51及A51程序
整个系统软件C51部分的源程序约70KB，中断部分的A51源程序约7.1KB，两部分编译连接后产生的HEX文件将近16KB，仅用了20KB程序存储器的五分之四，剩下的4K可留给将来添加新功能。
结束语
在研制无纸记录仪的过程中，我们采用C51与A51混合编程进行软件开发，以FLASH闪存作为存储器，不但软件的功能丰富多了，而且由于存储器稳定可靠、便于携带，也方便了进一步的数据处理工作。
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