1 概述

行駛記錄儀的主要數(shù)據(jù)包括事故疑點(diǎn)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。其中，事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)是記錄儀以不大于0.2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車(chē)前20 s實(shí)時(shí)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度及車(chē)輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，記錄次數(shù)至少為1O次：行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)是無(wú)論車(chē)輛在行駛狀態(tài)還是停止?fàn)顟B(tài)，記錄儀提供的與實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車(chē)輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)能以不大于1 min的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)車(chē)輛在最近360 h內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)主要是車(chē)輛在行駛過(guò)程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度值[1]。

該記錄儀需要采用大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。以往的設(shè)計(jì)均采用并行存儲(chǔ)器或鐵電存儲(chǔ)器。其中并行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量大，讀寫(xiě)速度快。但是抗干擾能力差，而汽車(chē)上的干擾較強(qiáng).雖然可以通過(guò)其它軟、硬件措施來(lái)避免。但是在設(shè)計(jì)時(shí)一般都需要選擇抗干擾能力強(qiáng)的芯片;鐵電存儲(chǔ)器采用串行接口，抗干擾能力強(qiáng)，也具有很高的靈活性，可以單字節(jié)讀寫(xiě)(不需要擦除，可直接改寫(xiě)數(shù)據(jù))，但其存儲(chǔ)密度小，單位成本高，讀寫(xiě)速度較慢，由于行駛記錄儀要求每0.2 s采樣一次速度和狀態(tài)，因此讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的速度會(huì)影響采樣的精度和程序的運(yùn)行。

現(xiàn)在的EEPROM閃速存儲(chǔ)陣列Flash Memory有ATMEL、SST的小扇區(qū)結(jié)構(gòu)閃速存儲(chǔ)器(Small Sector Flash Memory)和ATMEL的海量存儲(chǔ)器(Data-Flash Memory)。這類器件具有EEPROM與NOR技術(shù)Flash Memory的綜合優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為：

(1)讀寫(xiě)靈活性比EEPROM差，不能直接改寫(xiě)數(shù)據(jù)。在編程之前需先進(jìn)行頁(yè)擦除，與NOR技術(shù)Flash Memory的塊結(jié)構(gòu)相比，其頁(yè)尺寸小，因而具有快速隨機(jī)讀取和快編程、快擦除的特點(diǎn)：

(2)與EEPROM相比，這種存儲(chǔ)器具有明顯的成本優(yōu)勢(shì);

(3)存儲(chǔ)密度比EEPROM大，但比NOR技術(shù)Flash Memory小[2]。

因此，該Dataflash存儲(chǔ)容量大，讀寫(xiě)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，在行駛記錄儀中作存儲(chǔ)器是較好的選擇。本文給出了采用ATMEL的AT45DB161B來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的記錄儀設(shè)計(jì)方案。

2 AT45DB161B串行存儲(chǔ)器

ATMEL公司的Data-Flash產(chǎn)品的代表型號(hào)為AT45DBxxxx。此系列存儲(chǔ)器容量較大(從1～256MB);封裝尺寸小，最小封裝型式(CBGA)的尺寸為6 mm×8 mm：可采用SPI接口進(jìn)行讀寫(xiě);硬件連線少;內(nèi)部頁(yè)面尺寸較小，8 MB容量的頁(yè)面尺寸為264字節(jié)，16 MB和32 MB容量的頁(yè)面尺寸為512字節(jié)，64 MB容量的頁(yè)面尺寸為1056字節(jié)，128 MB容量和256 MB容量的頁(yè)面尺寸為2112字節(jié)。另外，AT45DBxxxx系列存儲(chǔ)器內(nèi)部有兩個(gè)與主存頁(yè)面大小相同的SRAM緩存，可提高系統(tǒng)的靈活性，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)過(guò)程。AT45DBxxxx系列存儲(chǔ)器的工作電壓只需2.7～3.6 V;整個(gè)芯片的功耗也較小;典型讀取電流為4 mA，待機(jī)電流僅為2 μA：讀寫(xiě)的速度最大為20 Mbps。

AT45DB161B的容量為16 MB。分成4096頁(yè)，每頁(yè)有528個(gè)字節(jié)[3]。另外還有兩個(gè)528字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器SRAM。在對(duì)主存儲(chǔ)器進(jìn)行操作時(shí)，這兩個(gè)SRAM也可以接收數(shù)據(jù)。因此，和串行EEP-ROM相比。該器件可大大縮短讀寫(xiě)時(shí)間。而采用SPI總線接口和并行的flash相比.其速度并不慢，而且抗干擾能力也比較強(qiáng)。

2.1 AT45DB161B引腳接口定義

表1所列是AT45DB161B的部分接口引腳定義。其中CS為片選信號(hào)，RESET為復(fù)位端，SCK、SI、SO為SPI總線，RDY/BUSY為忙信號(hào)，WP為前256頁(yè)的寫(xiě)保護(hù)。

SPI接口是一種通用串行接口總線，利用SCK、SI和SO三根線可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)控制。數(shù)據(jù)以字節(jié)(8 bit)為單位。其中，SCK為時(shí)鐘信號(hào)，SI和SO為數(shù)據(jù)輸人和輸出線。

AT45DB161B僅支持SPI模式0和3。在這兩種模式下。SCK信號(hào)的上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸入，下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸出，二者的區(qū)別是SCK的起始電平不同。AT45DB161B復(fù)位時(shí)，默認(rèn)為SPI模式3。

2.2 指令

除了存儲(chǔ)單元外，AT45DB161B內(nèi)部還包括命令用戶接口CUI(Command User Interface)和狀態(tài)機(jī)。CUI接收用戶的軟件指令，以將其翻譯成狀態(tài)機(jī)內(nèi)部操作碼并進(jìn)行命令的有效性檢驗(yàn)。狀態(tài)機(jī)則可控制存儲(chǔ)器所有的內(nèi)部操作。器件內(nèi)部包含一個(gè)8位的狀態(tài)寄存器，可用來(lái)指示設(shè)備的操作狀態(tài)。向存儲(chǔ)器輸入讀狀態(tài)寄存器命令可將狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)讀出。下面簡(jiǎn)單介紹模式SPI0和模式SPI3的讀寫(xiě)存儲(chǔ)單元和狀態(tài)寄存器指令。

(1)讀狀態(tài)寄存器

發(fā)送命令字0XD7?？梢灾苯拥玫綘顟B(tài)字(一個(gè)字節(jié))，其格式如下：

其中RDY/BUSY為1時(shí)表示不忙，可以接收下一條指令;為0則表示忙。

設(shè)計(jì)時(shí)可通過(guò)讀狀態(tài)寄存器或SO端口來(lái)判斷前一條指令是否讀寫(xiě)完畢。當(dāng)存儲(chǔ)器不忙時(shí)，SO端口從O變到1。此外，RDY/BUSY端口也可以用來(lái)判斷前一條指令是否讀寫(xiě)完畢。

COMP用來(lái)指示主存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)和緩沖器中數(shù)據(jù)的比較結(jié)果：COMP為0表示相等。COMP為1表示不同。Bit5一Bit2可表示存儲(chǔ)器的容量大小。

(2)讀存儲(chǔ)器指令

讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)有兩種方式，具體如圖1所示。其中一種是直接讀存儲(chǔ)器任意地址的數(shù)據(jù)，這可用指令D2H加3個(gè)字節(jié)的Dataflash地址再加上四個(gè)字節(jié)的空數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以SPI模式3為例，其工作時(shí)序如圖2所示。

另一種是通過(guò)緩沖器1(2)來(lái)讀存儲(chǔ)器上某一頁(yè)的數(shù)據(jù)。該方式可分兩個(gè)步驟：一是將數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)緩沖器1(2)，即指令53H(55H)+3個(gè)字節(jié)的Dataflash中的頁(yè)地址(在任意SCK的模式下);二是讀數(shù)據(jù)緩沖器1(2)，這可用指令D4H(D6H)+3個(gè)字節(jié)地址(主要表示從數(shù)據(jù)緩沖器的哪個(gè)地址開(kāi)始讀)+1個(gè)字節(jié)空數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3)向存儲(chǔ)器寫(xiě)數(shù)據(jù)

寫(xiě)存儲(chǔ)器也有兩種模式，具體如圖4所示。其中一種是通過(guò)緩沖器1(2)直接寫(xiě)到存儲(chǔ)器中;另一種是先寫(xiě)到緩沖器，再將緩沖器的數(shù)據(jù)寫(xiě)到存儲(chǔ)器中。

上述幾個(gè)命令的格式都是一個(gè)字節(jié)的命令+3個(gè)字節(jié)的地址。

3 W77E58和AT45DB161B的接口電路

W77E58是華邦電子公司(WinBond)推出的高速增強(qiáng)型：MCS-51系列單片機(jī)。使用W77E58的系統(tǒng)速度要比傳統(tǒng)51系列單片機(jī)快2.5倍。工作頻率為40 MHz的W77E58相當(dāng)于100 MHz的8051，加上其內(nèi)置32 KB可重復(fù)編程的Flash EPROM和1KB用MOV指令訪問(wèn)的內(nèi)部SRAM(節(jié)省了16條數(shù)據(jù)/地址I/O口線)，以及2個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口和較低的價(jià)格，W77E58無(wú)疑是一款高性能、多功能、的高集成度8位微控制器，非常適合高速、雙串口、外圍簡(jiǎn)捷、低成本系統(tǒng)。其抗干擾性能和加密性能相對(duì)也是比較好的[4]。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

由于W77E58沒(méi)有SPI總線，因而需要用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面給出SPI總線模擬程序和對(duì)AT45DB161B的讀寫(xiě)程序。

該軟件采用Keil C編程，其源程序代碼如下：

4.1 SPI總線的模擬

(1)從SPI上讀一個(gè)字節(jié)

(2)寫(xiě)Datanash中的數(shù)據(jù)

下面的程序采用先寫(xiě)到緩沖器，再將緩沖器的數(shù)據(jù)寫(xiě)到存儲(chǔ)器中的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：