基于AVR單片機大容量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：高速嵌入式AVR單片機廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中，但由于自身存儲容量過小而不能盡其所能，外擴Flash芯片很好地解決了存儲容量上的瓶頸，在提高單片機性能的同時大大降低了系統(tǒng)成本。基于此設(shè)計了5路A／D采集電路，同時介紹了各個芯片的特點、功能結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上給出了它們之間的硬件接口設(shè)計及程序設(shè)計流程。
關(guān)鍵詞：大容量數(shù)據(jù)采集；AVR單片機；Flash存儲器，接口設(shè)計

0 引言
AVR系列單片機一直以功能強、高可靠性、高速度、低功耗等特點而受到廣泛的應(yīng)用。但是AVR單片機自身的存儲空間不大，例如在長時間或者高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)存儲空間需求很大，單片機自身的空間難以滿足存儲要求，所以在大容量數(shù)據(jù)采集的場合下其作用受到了限制。因此，在AVR單片機的基礎(chǔ)上外擴一個存儲芯片可以解決其存儲容量小的問題。
Flash存儲器體積小、容量大、并可隨機訪問，是作為擴展存儲芯片的最佳選擇。設(shè)計中采用了sumsung公司生產(chǎn)的NAND型的K9F5608UOM芯片作為擴展存儲。

1 硬件設(shè)計
論文設(shè)計了5路A／D采集電路，介紹了如何在實際的電路中實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)采集。設(shè)計要求：5路并行采集電路，A／D采集精度為12位，每路的采集速度約為10 k／s，有效采集時間約為10分鐘。由此我們可以得到所需要的存儲空間大小大約為3 M(10×5 x10×60 K)，一般AVR單片機的數(shù)據(jù)存儲容量是遠遠達不到的，因此擴展一個FLASH芯片作為數(shù)據(jù)存儲器。
整個數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)由三大模塊組成，分別是MAX1304模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集模塊、K9F4G08UOM存儲芯片構(gòu)成數(shù)據(jù)存儲模塊以及Atm-ega16L芯片組成的系統(tǒng)控制模塊。系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)架見圖1。

1．1 系統(tǒng)控制芯片介紹
ATmage16L是ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款A(yù)VR單片機，采用RISC指令系統(tǒng)，Havard結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有接近1MIPS／MHz的高速處理能力，具有16 k字節(jié)的在線編程FLASH，512字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器，32個可編程雙向I／O口可傳送地址和數(shù)據(jù)。芯片引腳見圖2。

1．2 A／D芯片接口設(shè)計
MAX1304是MAXIM公司推出的可編程12位精度串行輸出A／D轉(zhuǎn)換芯片，它具有8路模擬通道輸入，每路都有獨立的采樣保持(T／H)電路。并行采樣的功能極大地提高了采樣速率，可應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集電路中。其電壓輸入范圍為0～+5 V，并具有±6 V的故障保護，為電路提供了很好的安全屏障。內(nèi)部或外部基準模式以及內(nèi)部或外部時鐘選擇使得在設(shè)計電路時有了很大的靈活性。本設(shè)計中選用的是內(nèi)部時鐘及內(nèi)部基準模式(電路典型接法如圖3所示)。MAX1304的數(shù)據(jù)位與ATmegal6L的B，D兩個擴展口相連，以實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的讀取；其控制位與ATmegal6L的A擴展口連接，控制AD轉(zhuǎn)換、芯片配置等操作。