ATmegal28擴展512KB掉電保護SRAM方案

　　如今，電子技術(shù)發(fā)展迅猛，尤其是單片機已廣泛地應(yīng)用于通信、交通、家用電器、便攜式智能儀表和機器人制作等領(lǐng)域，產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量均有大幅度提高，且電路簡單，故障率低，可靠性高，價格低廉。在單片機的某些應(yīng)用中，如果不對系統(tǒng)的外部SRAM進行擴展，就不能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。因此如何擴展、擴展什么類型的芯片、擴展的容量多大就成為值得考慮的問題。這個問題解決的好與壞直接關(guān)系到項目的成敗。本文介紹在AVR ATmegal28中如何實現(xiàn)擴展掉電數(shù)據(jù)不丟失的512 KB SRAM的方案。

　　1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　單片機采用的是Atmel公司生產(chǎn)的ATmegal28，其引腳排列如圖l所示。ATmegal 28單片機為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，憑借先進的指令集以及單周期指令執(zhí)行時間，其數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，可以緩解系統(tǒng)的功耗和處理速度之間的矛盾。AVR單片機內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器，所有的寄存器都直接與算術(shù)邏輯單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復(fù)雜

　　指令集微處理器高10倍的數(shù)據(jù)吞吐量。ATmegal28單片機內(nèi)置：128 KB的在系統(tǒng)可編程Flash程序存儲器，具有在寫的過程中還可以讀的能力，即同時讀寫(RWW);4 KB的EEPROM;4 KB的SRAM;53個通用I/O端口線;32個通用工作寄存器;實時時鐘(RTC);4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器/計數(shù)器(T/c);2個UJSART;面向字節(jié)的兩線接口(TWI);8通道10位ADC;可選的可編程增益;片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器;串行外圍設(shè)備接口(SPI);與IEEEll49.1規(guī)范兼容的JTAG測試接口，此接口同時還可以用于片上調(diào)試;6種可以通過軟件選擇的省電模式。

　　SRAM接口電路由鎖存器74AHC573D和BS62LV1006SIP55組成，如圖2所示。XRAM接口的工作頻率很高，當(dāng)系統(tǒng)的工作條件高于8 MHz@4 V(4 V電源電壓，8 MHz工作頻率)和4 MHz@2.7 V(2.7 V電源電壓。4 MHz工作頻率)時，要小心地選擇地址鎖存器。此時，典型的74HC系列鎖存器已經(jīng)無法滿足要求。XRAM接口與74AHC系列的鎖存器相兼容。BS62LV4006SIP55是BSI的高效率、低功耗CMOS靜態(tài)隨機訪問存儲器，能適應(yīng)2.4～5.5 V的大范圍工作電壓，具有典型CMOS的高效率低功耗特性;在3.0V/25℃的條件下電流為0.25μA，在3.0V/85℃的條件下，最長訪問時間為55 ns。通過片選CE信號、輸出使能OE信號和三態(tài)輸出驅(qū)動，可以很方便地進行SRAM擴展。當(dāng)BS62LV4006SIP55處于未片選狀態(tài)時，它具有自動降低功耗的特性。

　　掉電數(shù)據(jù)保護電路由SA56600-42D接口電路、DS1302ZN接口電路和預(yù)警比較電路組成，電路原理圖如圖3所示。SA56600-42D是Philips公司生產(chǎn)的為保護SRAM中數(shù)據(jù)的集成芯片;DS1302ZN則是DALLAS公司生產(chǎn)的實時時鐘(RTC)，但它還具有可編程控制的充電器的功能，通過第8腳能為鋰電池進行控制充電;預(yù)警比較電路有保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)的作用，當(dāng)外部電壓低于10V時，模擬比較器就會觸發(fā)中斷，從而把現(xiàn)場數(shù)據(jù)保護到外擴SRAM或EEPROM中。

　　2 工作原理

　　在主函數(shù)main()中，對I/O口、計時器、A/D轉(zhuǎn)換器、模擬比較器、RTC DSl302和外擴SRAM等進行初始化。對外擴的SRAM進行訪問時，通過PD5～PD7確定頁面地址，再根據(jù)A口、C口的第二功能訪問外部SRAM的指定地址，這部分在程序清單中有簡單的例子。有一點要注意，外部存儲器映射到內(nèi)部存儲器之后，在缺省條件下MCU只能訪問每頁的60 KB外部存儲器(地址0x0000～0xlOFF為內(nèi)部存儲器所保留)。然而，可以利用屏蔽高位地址的方法來訪問整個64 KB外部存儲器。這點對于跨頁訪問要特別注意。

　　在計時器中斷程序中，每隔一段設(shè)定的時間就要調(diào)用一次A/D轉(zhuǎn)換，以獲得鋰電池的電壓。在A/D中斷處理函數(shù)中對獲得的鋰電池電壓進行處理。如果獲得的鋰電池的電壓低于一個設(shè)定的值，則調(diào)用DSl302的90H命令對鋰電池進行充電;如果鋰電池電壓高于設(shè)定的值，則調(diào)用DSl302的91H命令，獲得寄存器對應(yīng)TCS3～TCSl位的值，判斷DS1302是否對電池充電。如果在充電，就凋用DSl302的90H命令，結(jié)束對電池充電。

　　當(dāng)預(yù)警比較電路中ATNl的電壓低于AIN0時，觸發(fā)模擬比較器中斷。在此中斷處理函數(shù)中把內(nèi)部SRAM的數(shù)據(jù)備份到外部的SRAM或者EEPROM中，從而防止因外部電源掉電造成數(shù)據(jù)丟失。

　　當(dāng)外部電源掉電或恢復(fù)供電時，SA56600-42D會自動切換外擴SRAM的供電。在外部電壓低于4.2 V時，SA56600-42D會使外擴SRAM處于未使能狀態(tài)，使SRAM不能訪問;在外部電壓低于3.3 V時，SA5660042D會自動切換到鋰電池為外擴SRAM供電，達到保護外擴SRAM中數(shù)據(jù)的同的;在外部電壓高于4.2 V時，SA56600-42D會自動切換到主電源為外擴SRAM供電。

　　3 本系統(tǒng)的優(yōu)點

　?、偈褂酶咝阅躌ISC架構(gòu)的AVR ATmegal28單片機，從硬件上克服了傳統(tǒng)單片機在處理能力、外圍接口能力上的不足，可以實現(xiàn)復(fù)雜的程序控制。

　?、谕鈹USRAM達到512 KB，突破了傳統(tǒng)的64KB尋址范圍的限制。這對單片機來說有很重要的現(xiàn)實意義。

　?、弁鈹USRAM且實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護功能。相對于擴充EEPROM的系統(tǒng)，本系統(tǒng)的反應(yīng)要快很多。

　　④應(yīng)用本方案，在某些應(yīng)用方面就不需要使用ARM微處理器，從而達到降低系統(tǒng)成本和開發(fā)難度的目的。

　　程序清單見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn——編者注。

　　結(jié)語

　　采用本系統(tǒng)的擴展外部SRAM的方案，既能保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度，又能保證數(shù)據(jù)的安全性。本設(shè)計方案具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)勢，在顯示、語音、交通控制和智能化停車場管理系統(tǒng)等方面，具有一定的參考價值。經(jīng)在某停車場智能管理系統(tǒng)中的實際運行，證明該設(shè)計方案是成功的。