數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用SRAM模擬雙口RAM

1、收稿日期:1999-05-19數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用SRAM 模擬雙口RAM彭振哲邵高平(信息工程學(xué)院基礎(chǔ)部,鄭州450002摘要:介紹了一種在51單片機采集系統(tǒng)中,使用普通SRAM ,采用時分復(fù)用模似雙口RAM 的方法。使用這種方法,既可以避免使用昂貴的雙口RAM ,又可減少印刷板面積,實踐證明,這種方法是穩(wěn)定可靠的。關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)采集;時分復(fù)用;數(shù)據(jù)存儲;SRAM ;雙口RAM 中圖分類號:TP2741系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)是一個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),采集控制信號由外部周期性提供,每當此控制信號有效,便開始以1M B/S 的速率采集2K B 的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集完成,便由單片機開始對數(shù)據(jù)進行分析、處理。系統(tǒng)框圖如

2、圖1 。圖1SRAM 占用地址空間的00x1000,其中00x7FF 用于CRU 作數(shù)據(jù)存儲,0x8000x1000則用于存儲A/D 采樣數(shù)據(jù)。由于CPU 還需與其他部分通信,通信時間隨機,且CPU 處理A/D 數(shù)據(jù)的時間也隨機,故CPU 存取SRAM 中數(shù)據(jù)時,A/D 轉(zhuǎn)換器可能正在向SRAM 中寫數(shù)據(jù)。因此,必須使SRAM 在CPU 和A/D 看來就象雙口RAM 一樣,也就是說,CPU 可在它需要的任何時刻存取SRAM ,同時,只要采集控制信號一有效,AD 轉(zhuǎn)換器就開始1M B/S 的速度采集數(shù)據(jù)并寫入SRAM 。2原理及可行性由于SRAM 的性質(zhì),在某一時刻只允許存取一個地址的數(shù)據(jù)。而按

3、照系統(tǒng)要求,不能排除在同一時間CPU 與A/D 都對SRAM 進行存取。當這種情況發(fā)生時,我們可以用時分復(fù)用的方法解決。首先,我們考察8031對外部存儲器存取的時序,時鐘為12MH z ,每指令周期為1us 。如圖2 。圖2由圖2可以看出,8031在對外部數(shù)據(jù)存儲器存取時,需花費兩個周期(2us ,而它實際占用SRAM 的時間,則不大于500ns 。也就是說,即使8031連續(xù)不停讀寫,SRAM 在任何1us 的時間間隔里,它至少能留出500ns 的時間供A/D 使用。再看A/D 轉(zhuǎn)換器的時序,如圖3。由圖3可見,A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的每個數(shù)據(jù)將保持1us ,我們可在此1us 時間內(nèi)的任意時刻將它

4、寫入SRAM 。由于A/D 每次將采集數(shù)據(jù)寫入SRAM 不能超過500ns ,為保險起見,還必須更小,故必須選擇較快存取速度的SRAM 。本系統(tǒng)選擇的SRAM 存取速度為35ns 。由于8031在讀取SRAM 數(shù)據(jù)時,我們必須在RD 上升沿將數(shù)據(jù)送給8031,故8031第18卷第4期信息工程學(xué)院學(xué)報Vol.18No.41999年12月Journal of In formation Engineering Institute Dec.1999的RD 或WR 的上升沿不能被推遲,只能讓A/D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)寫入去適應(yīng)8031,具體辦法如下:在每個1us 采樣周期,用12MH z 時鐘區(qū)分出12個區(qū)間

5、,分別為0,1,11。從0開始檢測8031的RD 和WR ,如果有效,則不進行采集數(shù)據(jù)的寫入。如此進行,直到RD 和WR 無效時,開始進行采集數(shù)據(jù)的寫入。假定存在這樣一種情況,在第0區(qū)間時,RD 和WR 無效,采集數(shù)據(jù)開始寫入,并將持續(xù)至第2區(qū)間才寫完,而RD 和WR 在第一區(qū)間便開始有效。在這種情況下,RD 和WR 以及8031的地址、數(shù)據(jù)都只能在第3區(qū)才開始送至SRAM ,但是由于SRAM 速度較快,如果8031在讀數(shù)據(jù),在RD 上升沿時,讀出數(shù)據(jù)早已經(jīng)有效;如果8031在寫數(shù)據(jù),在WR 上升沿時,寫入SRAM 的數(shù)據(jù)也早已經(jīng)滿足了建立時間,故仍能保證正確讀寫 。圖33具體實現(xiàn)要實現(xiàn)上述功

6、能,需要使用狀態(tài)機。在本系統(tǒng)中使用12MH z 時鐘,首先產(chǎn)生12狀態(tài)發(fā)生器,以此為基準,產(chǎn)生A/D 轉(zhuǎn)換時鐘、采樣地址發(fā)生器計數(shù)時鐘,再按照原理中所述規(guī)則,產(chǎn)生SRAM 的地址、數(shù)據(jù)以及讀寫信號。圖4為狀態(tài)發(fā)生器、采樣時鐘、計數(shù)時鐘的相對關(guān)系圖。對照圖2,從圖4可以看出,每當AD 轉(zhuǎn)換器輸出新的采樣數(shù)據(jù),采集地址就相應(yīng)加一,準備新數(shù)據(jù)的寫入 。圖4圖5為A/D 采樣數(shù)據(jù)寫入時序圖。其中,ST0用于8031與A/D 的地址、數(shù)據(jù)、控制信號的選擇,為高時選擇A/D ,為低時選擇8031。ST1為A/D 數(shù)據(jù)寫入SRAM 的WR 信號。ST2則用于標志此一采樣數(shù)據(jù)的寫入已經(jīng)完成,防止一次采樣數(shù)據(jù)多

7、次寫入,并在狀態(tài)S0時置低。從圖5可以看出,由于51/WR 的存在,AD 數(shù)據(jù)的寫入被推遲 。圖5AD 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寫入時機的選擇,不妨用條件語句表達如下:如果狀態(tài)發(fā)生器處于狀態(tài)11,或0,或1,或8,且8031的RD 和WR 皆為高,且ST2為低,ST1為高,ST0為低,那么,開始進行A/D 采樣數(shù)據(jù)的寫入。一旦開始A/D 采樣數(shù)據(jù)的寫入,ST0就由低變高,波形就如圖5中那樣變化。狀態(tài)方程為(設(shè)狀態(tài)發(fā)生器的狀態(tài)依次為S0S11,8031的RD 為51RD ,8031的WR 為51WR :ST0:=(S11+S0+S1+S8351WR 351RD 3ST03ST13ST2+ST03ST13ST2+

8、ST03ST13ST2ST1:=/(ST03ST13ST2ST2:=S113(ST03ST13ST2+ST2由于51WR 和ST1(A/D 數(shù)據(jù)寫入SRAM 的寫入信號用ST0進行切換,一般情況下,SRAM 的WR 可按如下方程得到:SRAMWR =ST051WR +ST0ST1但是,由于FPG A 內(nèi)部各信號時延不能確定,因此可能出現(xiàn)競爭與冒險,從而在SRAMWR 上出現(xiàn)毛刺而產(chǎn)生寫入錯誤,這是不能允許的,可通過64信息工程學(xué)院學(xué)報1999年引入冗余解決:SRAMW =ST051WR +ST0ST1+51WR ST14結(jié)束語使用FRG A ,可以方便地實現(xiàn)上述功能。由于復(fù)雜的功能都在FPG

9、A 內(nèi)部實現(xiàn),采用這種方法,可模擬大容量的雙口RAM ,并且可節(jié)約經(jīng)費,減少PC B 板的面積,降低布線的復(fù)雜度,提高系統(tǒng)的可靠性。這種方法已經(jīng)用于實際項目,證明是穩(wěn)定可靠的。參考文獻:1XI LI NX 1The Programable Logic Data Book ,19982孫涵芳,徐愛卿1MCS -5198系列單片機原理及應(yīng)用1北京航空航天大學(xué)出版社 ,1998彭振哲1971年生。信息工程學(xué)院基礎(chǔ)部教員。1993年在信息工程學(xué)院通信工程系獲學(xué)士學(xué)位,1997年在信息工程學(xué)院信息科學(xué)系獲碩士學(xué)位。主要從事工業(yè)控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究。Simulating Dual -port RAM wi

10、th SRAM in the Data Collecting SystemPE NG Zhen 2zhe SHAO G ao 2pingAbstract :The paper introduces a method of simulating dual -port RAM with SRAM by T DM A in the data collect 2ing system com posed of an M 251microprocess or.Thus the expensive dual -port RAM can be replaced and the area of PC B reduced.It has been pr