便携式仪器中现场数据非易失性存储的实现?

1　引　言
　　目前使用的测量仪器，大多使用静态或动态RAM来存储数据，当系统电源关闭时，采用备用电池对RAM芯片供电，以保持所存储的数据。这些存储器均为易失性存储器，一旦备用电池耗尽或其电压下降到一定值，所存储的数据就会丢失；另外，由于外界干扰、电路故障及机械振动导致的接触不良等因素，也会造成电池故障，即使是时间很短的暂时性电池失效，也会损坏所存储的数据。当存储的数据非常重要时，如系统参数、测量参数等，这些关键参数的损坏，将直接影响到后续数据的准确测量。另外，有些数据的取样非常复杂，如地质勘探数据、岩土工程中的土质地质数据等，一旦数据丢失／或损坏，将造成人力物力的浪费，而时间上的延误更会导致巨大的经济损失。
　　基于上述原因，采用非易失性存储介质，可以很好地解决数据丢失问题。在我们研制的仪器中，采用非常廉价、而且容易购买的29系列FLASH ROM为存储介质，利用其掉电不丢失数据的特性，存储关键参数及重要数据。本文选用ATMEL公司的AT29C020FLASHROM存储器。
2　AT29C020芯片特点及读写时序分析
    AT29C020芯片容量为256K×8bit，采用5V电压写入，同时兼容TTL和CMOS电平，具有较低的功耗：片选选中状态下，工作电流为40mA，非选中状态下，电流仅为100μA。AT29C020具有2个8K的保护数据区，可以用特定的数据指令锁定和解锁保护数据区，保护数据区被锁定后，将不允许改写和擦除其中的数据。同时，其它区域的数据也可以采用软件保护，开启数据软件保护后，每次写入数据时，都要在写入数据前加上3字节的写入码，否则一切写入数据将被忽略。AT29C020将全部存储空间分为1024个区，每个区含有256个字节。读取数据时与常规存储器类似，读取周期为70ns。读取时序如图1所示。

　　图2中，A8～A17为区地址，装入过程中不应改变。A0～A8为区内字节地址，指定装入字节的地址，装入时，字节地址可以不用按顺序连续增加。装入过程中,或的高电平保持时间t必须小于150μs。若其高电平在保持150μs后仍不变低，则芯片认为数据装入过程结束，启动内部写入时序写入数据，写入周期为10ms。一个数据区内只要有一个字节写入，将导致整个区的数据重写，因此，先将写入数据在缓冲区内凑足256个字节后，再一次性写入。
　　AT29C020中每个字节都可反复擦写10 000次以上。
3　系统设计
　　主系统采用AT89C52单片机为核心处理器，晶振为12MHz。
3．1　接口电路设计
　　AT29C020与一般存储器引脚定义兼容，有18根地址线、8根数据线三根控制线。但是由于其写入时序较特殊，为确保数据读写正确，没有将其直接接入系统总线，而是用P1口的三个I／O口来控制信号。同时，加入74LS373进行地址锁存。具体电路连接如图3所示。
3．2　控制软件设计（1）数据读取
　　从AT29C020中读取数据与普通存储器读取类似，比较简单。根据图1所示，读取一个字节数据程序如下：


    （2）数据存储
　　根据器件要求，需按数据区写入数据。先对写入数据进行组织，放入外部RAM中缓存，写入时，从缓冲区中读出256个字节，一次性写入AT29C020。写入一个数据区的程序如下：


SETBP1．5；
启动写入操作CALLDELAY；
延时20msRET

4　结束语
　　本文提出了一种利用FLASH ROM在线存储重要参数及现场数据的实现方法，以解决传统仪器中存储数据损坏和丢失的问题。此外，存储芯片与系统之间制作成易于插拔的接口，当一片存储器写满后，可拔出并插入另一片空白存储器，继续测量；待测量结束后，可在PC机上一次性读出各存储芯片中的数据，进行后期处理。本系统已成功应用于野外使用的便携式智能仪器的设计中，解决了以往仪器出现的测量数据丢失的问题；同时，使用廉价的FLASHROM扩增存储容量和备份原始数据，也是一种方便、高效和安全的方法。
　　这种设计方案也可推广到其它便携式仪器的设计中，具有良好的应用前景。