總線錯亂

時間：2020-05-06 16:32:08

關(guān)鍵字：總線 BSP 芯片 STC8H

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[導(dǎo)讀]簡介 RAM是計算機系統(tǒng)中保存臨時結(jié)果的器件，它的大小也決定了計算機處理數(shù)據(jù)的規(guī)模。在嵌入式計算機（單片機中），由于受到價格、功耗等原因，內(nèi)部的RAM的容量往往比較小，比如從幾百字節(jié)到十幾k字節(jié)不等。這能夠滿足大部分單片機應(yīng)用的需求了。但是在一些

簡介

RAM是計算機系統(tǒng)中保存臨時結(jié)果的器件，它的大小也決定了計算機處理數(shù)據(jù)的規(guī)模。在嵌入式計算機（單片機中），由于受到價格、功耗等原因，內(nèi)部的RAM的容量往往比較小，比如從幾百字節(jié)到十幾k字節(jié)不等。這能夠滿足大部分單片機應(yīng)用的需求了。

但是在一些特殊的應(yīng)用情況下，有時需要大容量的RAM來存儲采集到的數(shù)據(jù)，或者緩存通信數(shù)據(jù)。此時則需要通過外擴內(nèi)存來完成。比如最近實驗聲音信標信號^[1]相關(guān)系統(tǒng)測試和算法優(yōu)化，則需要采集到多路音頻信號。此時需要通過外擴RAM來解決。

通常靜態(tài)RAM芯片接口包括有數(shù)據(jù)、地址和控制總線，與單片機對應(yīng)的端口相連便可以加成數(shù)據(jù)的寫入和讀出。

▲ MCU外部RAM

有的單片機在擴展外部RAM的時候，為了節(jié)省有限的IO端口，通過使用外部鎖存器來復(fù)用同一八位地址端口來擴展地址總線到16位的目的。比如8051單片機。這樣設(shè)計的代價就是需要增加外部鎖存器芯片74LS372。

▲ 8051外部數(shù)據(jù)總結(jié)接口

雖然數(shù)據(jù)總線和地址總線按照邏輯都標有數(shù)據(jù)位的順序：比如16位地址總線按照A0~A15，8位數(shù)據(jù)總線表明D0-D7。但是在訪問靜態(tài)RAM的時候，數(shù)據(jù)總線，地址總線內(nèi)部的這些位的順序是可以任意調(diào)整的。

比如在下面設(shè)計的單片機系統(tǒng)中，為了滿足能夠盡量減少PCB布線的交叉，就是通過調(diào)整數(shù)據(jù)線和地址總線內(nèi)部位的順序來滿足的。

擴展STC8H8K外部32k字節(jié)RAM

1. 設(shè)計說明

STC8H8K單片機具有16路12位的AD轉(zhuǎn)換器，在本實驗中用于采集信標發(fā)出的Chirp聲音，并傳送給計算機加以處理。

在博文“基于STC8G8K64U三通道高速ADC采集板^[2]"給出了利用STC8H8K內(nèi)部的8kRAM進行聲音信號采集電路設(shè)計方案。但是受限于內(nèi)有8KRAM的空間限制，所能夠采集音頻信號的路數(shù)和時間長度都無法滿足研究的目的。所以此次通過外部擴一片32k字節(jié)的SRAM來擴展信號采集的容量。

同樣通過WiFi-UART轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與PC機之間的數(shù)據(jù)傳送，這一點設(shè)計與前面博文中的設(shè)計方案是一致的。

2. 原理圖

所使用的STC8H8K芯片的封裝為TSOP48。使用P2端口作為數(shù)據(jù)總結(jié)，使用P0,P4端口作為地址總線。不需要外部的鎖存器。

使用UART3與WiFi-UART模塊通信。將ADC中的AD0~AD2引到輸入端口接收外部被采集的信號。

具體的電路圖如下圖所示：

▲ 實驗板的原理圖

外部接口設(shè)計：

（1） ISP端口：

序號	符號	功能
1	VCC	+5V工作電源
2	GND	工作電源地
3	TXD	MCU串口輸出
4	RXD	MCU串口輸入

（2） ADC端口：

序號	符號	功能
1	ADC0	ADC通道0
2	ADC1	ADC通道1
3	ADC2	ADC通道2，可以作為普通IO

2. PCB板

這里需要需要說明的是，為了能夠適應(yīng)快速制版的實驗需要。使用了單面PCB板工藝。為了消除在布線中的交叉部分（因為交叉部分則需要過孔和雙面布線），對數(shù)據(jù)總線和地址總線的順序進行了調(diào)整，由此可以僅僅使用一面PCB便將所有的數(shù)據(jù)和地址總線完成連接。

下面給出了具體的PCB連接方式。前面原理圖中顯示了調(diào)整后（總線錯亂）的地址線和數(shù)據(jù)線的邏輯設(shè)計。

▲ 使用單面覆銅板制作實驗電路板

在實際電路設(shè)計工程中，有的時候為了方便布線，需要對引線的順序進行調(diào)整。在復(fù)雜電路設(shè)計中，優(yōu)勢會通過FPGA、CPLD等大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷韺π酒獠恳€的順序進行調(diào)整，方便進行布線。當然這也需要付出設(shè)計的復(fù)雜度和額外增加的芯片價格。

硬件調(diào)試

1. 擴展RAM實驗

通過設(shè)計，電路板腐蝕、焊接與安裝，很快得到實驗電路。下面對其進行測試。

▲ 通電之后的實驗電路板

STC8H單片機硬件編程選項配置如下：

▲ 單片機編程硬件選項參數(shù)

單片機工作的主要指標：

內(nèi)部工作主頻：40MHz
ISP UART1 波特率：500000bps;
WiFI-UART波特率：460800bps

該電路板中的硬件設(shè)計和實驗軟件可以在CSDN中下載。

（1）訪問外部RAM時間長度

使用MCU的端口來測量訪問外部RAM的時間，下面是測量寫入外部RAM的時間，為534ns（包括對FLAG_PIN的操作時間。）

            ON(FLAG_PIN);            
            ExtSramWrite(0x0, 0x0);            
            OFF(FLAG_PIN);

▲ 寫入外部RAM數(shù)據(jù)時間長度

使用相同的方法，測試 ExtRamRead()的時間為490ns。

2. AD轉(zhuǎn)換實驗

（1）AD的通道設(shè)置：

使用了P1.0, P1.1 來采集兩路外部模擬信號。

▲ ADC通道設(shè)置

（2）AD轉(zhuǎn)換時間：

AD參數(shù)設(shè)置：STC8H內(nèi)部轉(zhuǎn)換啟動
AD轉(zhuǎn)換時間：通過ADC2(P1.4)輸出脈沖來測量。
測量結(jié)果：兩次ADC轉(zhuǎn)換，時間為5微秒；

▲ P1.4脈沖表明兩次AD轉(zhuǎn)換之間的時間

        ON(FLAG_PIN);
        ADCSetChannel(0);
        g_nADResult1 = ADCConvert();
        ADCSetChannel(1);
        g_nADResult2 = ADCConvert();
        OFF(FLAG_PIN);

采集實際信號

1. 采集兩路測試信號

下圖顯示了采集兩路測試信號的波形：

▲ 采集兩路測試信號：正弦波以及三角波信號

2. 采集Chirp音頻信號

采集兩路分別來自于調(diào)頻接收模塊以及麥克風傳感器的Chirp信號并求取它們的相關(guān)信號，來判斷時間延遲。

下圖是采集到的聲音信號，長度為0.8192秒。包含了兩個Chirp信號周期的數(shù)據(jù)。

▲ 采集的Chirp聲音信號

使用相關(guān)運算，獲得兩個信號之間的相關(guān)信號。

▲ 兩個信號的相關(guān)信號

通過判斷中間峰值的位置，可以獲得聲音傳播過程中的時間延遲：

▲ 兩個信號的相關(guān)信號中心位置波形

公眾號留言

卓大大，實話實說，這次比賽實在是太太太太太趕了，學校大概六月初左右返校，然后還要準備期末考試。我們隊伍參加的是直立節(jié)能組。別的組別或許還可以在沒有儀器的情況下就把車做出來，但是我們是萬萬不可能的。充電板和車模一旦有一點問題更正周期是以周計算的，按照以往學長的進度，正常比賽留給軟件調(diào)試的時間也不過就是半個月左右，現(xiàn)在準備時間壓縮到兩個月，這次規(guī)則的軟件又比以往都要難一些，感覺除非開學之后每天通宵，不然實在是不能確保小車的穩(wěn)定性。

求大大考慮考慮節(jié)能的兄弟們。

回復(fù)：現(xiàn)在，我只能說：兄弟們加油。

卓老師好，深夜打擾。請問這款芯片可以在信標組中使用，還是說只要涉及到控制的微處理器都要用infineon的呢？

▲ 電機控制單片機

回復(fù)：這款芯片如果只是專用于電機驅(qū)動設(shè)計，不參與其它運動控制，是可以應(yīng)用到信標組別的。

卓老師，我聽說了一種想法，有些同學在群里討論用1064自制openmv，事實上偷偷用1064跑信標，我雖然沒有驗證過可行性，但是不希望有這種想法傷害到比賽的公平性，也不愿意看到openmv因此而被禁止，所以也跟卓大提及一下這種想法。

再提出一個建議：音標比賽只允許使用成品openmv

▲ 自制的OpenMVP模塊

回復(fù)：謝謝你反映的這種情況，以及提出的建議。