一种基于单片机系统的移动存储器的设计与应用

摘  要： 设计了一种基于单片机系统的数据采集移动存储器，其容量可达几兆位，传输速度可达1 Mb/s。为更好地解决智能仪器中非实时数据的采集、存储以及与计算机之间数据交换的问题提供了一种新的方法和思路。
关键词： 移动存储器；I2C总线；EEPROM；PIC单片机
   　智能仪器是工业控制的重要部分，它所采集的数据是最珍贵的资料。目前，广泛应用于工业控制领域的智能仪表一般都采用RS-232串行接口实现对所采集的数据的上传。这就要求智能仪表和计算机最好处于同一个物理空间，或连接关系固定，才能够比较容易地完成数据的交换与传递。这种模式对于大多数以非实时数据采集为目标的测量与检测设备来说，实现起来很不方便。例如，有些测量与检测设备体积庞大、不便移动，有些设备已经固定在机架或管道上，要和计算机进行串口互连和数据上传是一件非常困难的事。为此，本文研制了一种数据采集移动存储器，较好地解决了智能仪器上非实时数据的采集以及与计算机之间数据交换的问题。
　数据采集移动存储器采用先进的串行存储芯片和简单易行的并行接口技术，体积小、重量轻且无须额外供电。使用时，只需将此存储器插于测量或检测仪表的接口，便会自动采集到测量或检测数据，采集结束后，即可将此存储器拔下携带至计算机房，插入计算机的并行口，读出数据。一般的U盘虽然可以存储数据，但它需要特定的USB接口和非常复杂的难于用单片机系统实现的USB接口协议。
　由于所采用的串行数据存储器具有很好的保密性，因此，该存储器还可以作为智能仪器的钥匙，或作为计算机软件的“加密狗”。在这种情况下，如果不插入移动数据采集存储器，智能仪器便不会响应操作者的指令，从而实现对智能仪器的一些重要功能的加锁保护。
这种数据采集、存储、移动、上传的“无线”技术，大大简化了串口连线带来的种种麻烦，可以在一定范围和应用领域内取代RS-232串口数据上传的实现方案。这种技术弥补了目前使用广泛的U盘无法或难于在智能仪表与计算机之间进行数据交换的缺陷，从而使串行存储器在工业测量、检测领域内得到新的应用。
1 移动数据采集存储器的基本原理
　一般测量检测类智能仪器端的原理如图1（a）所示。其中，MCU为测量、检测类智能仪器中的CPU；端口P1.0和P1.1用来实现I2C总线的主机端口。VCC为智能仪器的电源端；GND为智能仪器的接地端；10 kΩ的上拉电阻用在SCL时钟频率为100 kHz的情况下，如果时钟频率为400 kHz或更高，则上拉电阻应为2 kΩ。
图1（b）为移动数据采集存储器，它主要由串行存储芯片和并行接口电路组成。SCL是同步时钟端口；SDA是串行数据端口；VCC为存储器的电源；GND为存储器的接地端。存储器由智能仪器供电。
   
   　在测量、检测类智能仪器工作时，数据采集移动存储器通过25芯的并行接口插入智能仪器相应的接口，智能仪器产生的数据会按约定的格式保存在串行存储芯片中。测量结束后，可将移动数据采集存储器拔下，携带至他处，利用计算机读取存储的数据或进行数据的再次采集与存储。
　移动数据采集存储器及接口电路如图2所示。其中，U1为DB25型的25芯并口插头，可插入任何类型计算机的并行打印口插座。串行存储器芯片组的电源由计算机并行口的4~7和25管脚提供，并联电容用于滤波。SCL时钟信号由第2管脚产生，SDA信号接第13管脚。图2中的三极管用于防止干扰电平对存储芯片内部数据的损坏。传送数据时，将第3管脚置为高电平；在不传输数据时，将第3管脚置为低电平可将SDA信号锁定到低电平，屏蔽来自第13管脚的干扰。A0、A1、A2为片选或块选地址输入，通过接入固定高低电平，可以用这3个管脚进行容量扩展，最多可扩展8个芯片。