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怎么实现串行闪存小体积的数据采集系统设计？
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串行闪存
数据采集系统
本文介绍了一种基于AD、CPLD、串行闪存来实现的小体积的数据采集系统。与其他数据采集系统相比，该系统体积小，存储器便于控制，易于升级存储器的容量，能够满足一般的信号采集。不足是系统的采样频率不够高，只能达到250kHz／S，不适于高频信号的采集。
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（1）
方春晓
2021-4-7 13:59:16
在现代电子测量、仪器仪表、生物医学等领域中，经常涉及到现场采集模拟信号的工作，在某种情况下由于空间的限制，要求采集电路的体积要非常小。传统的数据采集电路大多采用并行的闪存，体积比较大，不能满足要求，而串行闪存由于其引脚数量少、封装小，并且容量容易扩展，可以满足数据存储要求。所以，研究串行闪存在存储系统中的应用很有意义。
1 存储器的原理
本系统所使用的存储介质SST25VF03-2B，其容量为4M×8 b，共8个管脚，分别为片选使能（CS）、串行时钟（CLK）、串行数据输入（SI）、串行数据输出（SO）、写保护（WP）、允许器件停止工作（HOLD）、电源（VCC）、地（GND）。该芯片有2种数据写入的模式；字节编程模式（Byte-Program）和字编程模式（AAI-Word-Program），在AAI模式下只需在第一次发送ADH命令时发送首地址，在存储下一组数据时只需发送ADH命令，不必发送地址，地址回以2个字节的增量自动增加，当闪存存满数据，即地址增加到最大值后，会自动跳出AAI模式，停止编程。
闪存的读数时序，计算机只需发送片选闪存、发送时钟、03H命令、读数的首地址，数据就会从闪存读到SO口上，然后再读入计算机，存入硬盘，读数的长度由计算机控制，在读完4M×8 b数据后，置位CE，则停止读数，否则继续返回首地址重新读数。
闪存的擦除分为2种模式：一种是块擦除，另一种为片擦除，由于本系统是每次在闪存存满数据后才开始读数、擦除的，所以采用片擦除模式。
2 总体的设计
电路把外界输入的模拟信号经过模拟调理电路转换成适合A／D转换器的输入信号。A／D转换器将输入的模拟信号转换成离散的数字信号。CPLD控制触发模式，A／D和闪存，使A／D转化的数据存入闪存，闪存存满后，CPLD控制电路是电路处于低功耗的状态，然后通过计算机读取闪存的数据和擦除闪存。具体的框图如图1所示。
2．1 硬件设计
图2为本系统的数字触发逻辑图，在A／D的busy的上升沿，即数据转化完成的时候检测数据是否大于设定的触发值，当转化的数据连续4次大于设定值时，触发标志TRD变为高电平。
图3为CPLD控制闪存并存储数据的逻辑图，其中CE、SCK、SI分别用来控制串行闪存的CE、CLK、SI，电路上电后依次往闪存中发送写使能，写状态寄存器，写使能，配置SO管脚，配置闪存为AAI模式命令，然后等待触发，触发后（即TRD为高电平时），AD转化的数据开时存储在闪存中。
图4为地址计数器，用来记录闪存的存储地址，即是闪存中存储数据的大小，在convst的下降沿，计数器加1，当计数器的值等于闪存容量的时候表示闪存已经存储满了，然后把tc0置为1，控制电源管理下电，是电路处于低功耗的状态。
图5为CPLD控制的总体逻辑图，时钟频率为24 MHz，在本系统中为了能够更好地提高采样频率，采用了2片闪存进行循环采集，CE30、CE31分别控制2片闪存，可以看出上电后，2片闪存同时发送命令，配置闪存为AAI模式，然后A／D转化的数值连续4次大于设定值时，以后转化的数据就通过SI存储在闪存中，由于没有把TRD作为输出，所以在逻辑图中没有看到TRD变为高电平。
2．2 读数软件设计
图6、图7为闪存的读数流程和擦除流程。为了在重新上电后能够读数和擦除，在插上读数口后使能CPLD与闪存连接的管脚为高阻状态，这样计算机给闪存发闪存命令的时候就不会受CPLD的影响。
3 结束语
本文介绍了一种基于AD、CPLD、串行闪存来实现的小体积的数据采集系统。与其他数据采集系统相比，该系统体积小，存储器便于控制，易于升级存储器的容量，能够满足一般的信号采集。不足是系统的采样频率不够高，只能达到250 kHz／S，不适于高频信号的采集。
在现代电子测量、仪器仪表、生物医学等领域中，经常涉及到现场采集模拟信号的工作，在某种情况下由于空间的限制，要求采集电路的体积要非常小。传统的数据采集电路大多采用并行的闪存，体积比较大，不能满足要求，而串行闪存由于其引脚数量少、封装小，并且容量容易扩展，可以满足数据存储要求。所以，研究串行闪存在存储系统中的应用很有意义。
1 存储器的原理
本系统所使用的存储介质SST25VF03-2B，其容量为4M×8 b，共8个管脚，分别为片选使能（CS）、串行时钟（CLK）、串行数据输入（SI）、串行数据输出（SO）、写保护（WP）、允许器件停止工作（HOLD）、电源（VCC）、地（GND）。该芯片有2种数据写入的模式；字节编程模式（Byte-Program）和字编程模式（AAI-Word-Program），在AAI模式下只需在第一次发送ADH命令时发送首地址，在存储下一组数据时只需发送ADH命令，不必发送地址，地址回以2个字节的增量自动增加，当闪存存满数据，即地址增加到最大值后，会自动跳出AAI模式，停止编程。
闪存的读数时序，计算机只需发送片选闪存、发送时钟、03H命令、读数的首地址，数据就会从闪存读到SO口上，然后再读入计算机，存入硬盘，读数的长度由计算机控制，在读完4M×8 b数据后，置位CE，则停止读数，否则继续返回首地址重新读数。
闪存的擦除分为2种模式：一种是块擦除，另一种为片擦除，由于本系统是每次在闪存存满数据后才开始读数、擦除的，所以采用片擦除模式。
2 总体的设计
电路把外界输入的模拟信号经过模拟调理电路转换成适合A／D转换器的输入信号。A／D转换器将输入的模拟信号转换成离散的数字信号。CPLD控制触发模式，A／D和闪存，使A／D转化的数据存入闪存，闪存存满后，CPLD控制电路是电路处于低功耗的状态，然后通过计算机读取闪存的数据和擦除闪存。具体的框图如图1所示。
2．1 硬件设计
图2为本系统的数字触发逻辑图，在A／D的busy的上升沿，即数据转化完成的时候检测数据是否大于设定的触发值，当转化的数据连续4次大于设定值时，触发标志TRD变为高电平。
图3为CPLD控制闪存并存储数据的逻辑图，其中CE、SCK、SI分别用来控制串行闪存的CE、CLK、SI，电路上电后依次往闪存中发送写使能，写状态寄存器，写使能，配置SO管脚，配置闪存为AAI模式命令，然后等待触发，触发后（即TRD为高电平时），AD转化的数据开时存储在闪存中。
图4为地址计数器，用来记录闪存的存储地址，即是闪存中存储数据的大小，在convst的下降沿，计数器加1，当计数器的值等于闪存容量的时候表示闪存已经存储满了，然后把tc0置为1，控制电源管理下电，是电路处于低功耗的状态。
图5为CPLD控制的总体逻辑图，时钟频率为24 MHz，在本系统中为了能够更好地提高采样频率，采用了2片闪存进行循环采集，CE30、CE31分别控制2片闪存，可以看出上电后，2片闪存同时发送命令，配置闪存为AAI模式，然后A／D转化的数值连续4次大于设定值时，以后转化的数据就通过SI存储在闪存中，由于没有把TRD作为输出，所以在逻辑图中没有看到TRD变为高电平。
2．2 读数软件设计
图6、图7为闪存的读数流程和擦除流程。为了在重新上电后能够读数和擦除，在插上读数口后使能CPLD与闪存连接的管脚为高阻状态，这样计算机给闪存发闪存命令的时候就不会受CPLD的影响。
3 结束语
本文介绍了一种基于AD、CPLD、串行闪存来实现的小体积的数据采集系统。与其他数据采集系统相比，该系统体积小，存储器便于控制，易于升级存储器的容量，能够满足一般的信号采集。不足是系统的采样频率不够高，只能达到250 kHz／S，不适于高频信号的采集。
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