本地大数据量存储系统.doc

毕业设计（论文）题目本地大数据量存储系统英文题LocalGreatDataMemorySystem学生姓名专业自动化班级指导教师二零零六年六月毕业设计（论文）摘要1I摘要本研究的目的是设计一个具有大容量的本地存储系统，容量大于64MB以上，可以实现热插拔，要求通信引脚少，功耗低，使用方便，类似于常用的U盘，便于携带。本设计采用MSP430F149单片机作为核心芯片，配以SMARTMEDIA卡作为存储卡，电源电路部分用TPS76033芯片，复位电路部分使用MAX809STR芯片。将单片机，存储卡，复位电路，电源电路构成一个完整的系统，这就是该设计的硬件部分。软件部分使用分时复用技术巧妙地分配存储阵列的地址，这样就解决了读，写，擦除时遇到的I/O输入输出端口不够用的问题。经过研究，使用以上硬件完全可以达到本地存储大数据量的目的，并且有功好耗低，体积小，处理速度快等诸多优点。该设计使得存储数据的方式变的灵活多样，解决了一般方法扩充方法所达不到的海量存储的效果。该设备可以应用在多方面，提高了人民的生活质量。关键词MPS430F149单片机；SMARTMEDIA卡；存储阵列毕业设计（论文）摘要IIAbstractThisresearchgoalisdesignsonetohavethelargecapacitylocalmemorysystem,thecapacityisbiggerthanabove64MB,mayrealizeinsertshotlypullsout,therequestcorrespondencepinarefew,thepowerlossislow,theeasytooperate,issimilartothecommonlyusedUplate,isadvantageousforcarries.ThisdesignusesMSP430F149monolithicintegratedcircuittotakethecorechip,matchesbytheSMARTMEDIAcardtookthememorycard,thepowercircuitpartwithTPS76033chip,repositionstheelectriccircuitparttouseMAX809STRchip.Themonolithicintegratedcircuit,thememorycard,repositionstheelectriccircuit,thepowercircuitconstitutesacompletesystem,thisisthisdesignhardwarepart.Thesoftwarepartusetimesharingmultiplyingtechnologyassignsthememoryarrayingeniouslytheaddress,likethissolvedread,writes,whencleaningmetI/Oinputtheoutputportinsufficientquestion.Aftertheresearch,usesabovehardwaredefinitelytobepossibletoachievelocalsavesthegreatdataquantitythegoal,andactivesconsumeslowly,thevolumeissmall,processingspeedquickandsoonmanymerits.Thisdesigncausesthestoreddatumthewaytochangenimblediverse,hassolvedthemassmemoryeffectwhichthegeneralmethodexpansionmethodcouldnotachieve.Thisequipmentmayapplyinvariously,improvedpeoplesqualityoflife.KeywordsMPS430F149monolithicintegratedcircuit；SMARTMEDIAcard；Memoryarray毕业设计（论文）目录III目录1绪论.12整体硬件模块.23硬件介绍.33.1系统描述.33.2MSP430F149单片机相关论述.33.2.1概述.33.2.2MSP430F149单片机的引脚及功能53.2.3MSP430149的端口.83.3SMARTMEDIA卡相关论述113.3.1SMARTMEDIA管脚定义123.3.2SMARTMEDIA的存储阵列的组织方式133.3.3SMARTMEDIA卡的操作模式143.3.4SMARTMEDIA卡的操作命令163.3.5读操作163.3.6写操作173.3.7擦除操作183.3.8电源电路193.3.9复位电路.203.3.10硬件图214软件设计.224.1控制线模拟.224.1.1端口初始化224.1.2ALE控制线的模拟.224.1.3CLE控制线的模拟.234.1.4WE控制线的模拟.234.1.5RE控制线的模拟.244.1.6CE控制线的模拟.244.2读操作.254.3写操作284.4擦除操作31结论.33致谢.34参考文献.35附录.36毕业设计（论文）绪论11绪论单片机的应用面十分广泛，它具有很多优点，但是，当遇到需要存储大量数据的时候，片内存储器就显得微乎其微了。扩展片外存储器有许多种方法，例如，硬盘，光盘，网络，U盘。为什么本次设计要做的是类似于U盘的smartmedia存储卡呢？smartmedia存储卡的好处不言而喻，首先，它的存储量不小，大于等于64MB，和存储量相比较而言，体积却很小，只是一块小小的芯片，可以嵌入任何办公娱乐设备中。其次，SMARTMEDIA卡与一般芯片在封装有所不同的是该卡不是采用管脚形式，而是采用金手指的形式，采用这样的形式使SMARTMEDIA卡在实际应用中能够非常方便地插拔，从而提高系统使用的灵活性。另外，SMARTMEDIA卡的功耗低，解决了户外使用频繁更换电池的麻烦。说了SMARTMEDIA卡的这么多好处，那为什么硬盘，光盘，网络不行呢？硬盘具有存储量大的明显优势，但是它不能热插拔，同时体积太大，又需要经常更换电池。光盘即使是可擦除式的也不方便，网络呢，存储量是可以无限扩充，但是存储的数据有可能被盗取或丢失。毕业设计（论文）整体硬件模块22整体硬件模块整个系统采用MSP430F149单片机进行控制，配以SMARTMEDIA卡进行存储，电源电路部分采用TPS70633芯片，复位电路部分采用MSP430F149芯片。把电源电路输出的3.3伏电压送到整个系统中所有需要供电的部分。复位电路中RST的输出端与MSP430F149单片机的复位信号输入端相连。MSP430F149单片机的控制线和I/O输入输出端口与SMARTMEDIA卡相连。硬件整体模块如下所示。整个系统中MSP430F149与SMARTMEDIA卡的关系是最重要的，读，写，擦除，操作就发生在这里。MSP430F149SMARTMEDIA卡（K9S1208V0M）WEREALECECLEI/O0I/O7Tps70633MAX809STRRSTGTAJ毕业设计（论文）硬件介绍33硬件介绍3.1系统描述在一些数据采集系统中，即需要将数据传送到相应的服务器，也需要将数据进行本地存储，进行本地存储的好处是可以将得到的数据进行本地再处理，也可以作为数据的备份。由于很多数据采集系统采集的数据量比较大，因此对系统的存储容量就有较高的要求，一般EPROM或者FLASHDE的容量达不到，而采用SMARTMEDIA卡就能很好解决问题。SMARTMEDIA卡具有以下特点：容量大。一般目前的SMARTMEDIA卡容量是64MB或者128MB，将来也许能达到更大的容量。处理灵活。SMARTMEDIA卡既可以通过单片机进行操作（读，写，擦除），也可以使用第三方提供的单独的SMARTMEDIA读写器进行操作，给系统增加操作的灵活性，加上SMARTMEDIA是采用座子的形式，SMARTMEDIA可以实现热插拔进一步增加系统处理的灵活性。接口简单。SMARTMEIA卡采用的是地址线和数据线复用的方式，也就是通过往SMARTMEDIA卡发不同的命令来完成相应的操作，并且它的地址数据是通过发不同的字节数（不同的SMARTMEDIA卡有不同字节的地址数）来完成寻址操作的。这样SMARTMEDIA卡与单片机的接口非常简单，同时也满足相同的硬件系统支持不同的容量的SMARTMEDIA卡，而不必因为不同容量的SMARTMEDIA卡要进行不同的硬件系统的设计。基于以上特点，采用SMARTMEDIA卡来作为存储介质。本设计介绍的大数据量本地存储系统选用三星公司的K9S1208V0M-SSB0来作为存储器，K9S1208V0M-SSB0是容量为64MB的SMARTMEDI，该系统的单片机采用MSP430F149，系统的设计主要针对大数据量采集存储的应用场合，也适合低功耗的应用场合。下面分别介绍系统的硬件设计和软件设计。3.2MSP430F149单片机相关论述3.2.1概述MSP430F149单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，它根据不同的应用提供不同的具体型号的单片机，以满足不同用户的需求。它具有16位RSIC结构，CPU中的16个寄存器和常数产生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率。单片机采用不同的时钟源工作可以使器件满足不同的功耗要求，适当选择时钟源，可以让器件的功耗达到最小，满足一些采用电池供电的系统。当器件处于低功耗的模式下，数字控制的振荡器（DCO）可以使器件从低功耗的模式下迅速唤醒，能够在少于6s的时间从低功耗模式转到激活模式。MSP430F149单片机具有丰富的外设，且功耗很低，有非常广阔的应用范围，它毕业设计（论文）硬件介绍4所属的MSP430F1XX系列主要有以下特点。低电压，超低功好耗。MSP430F149单片机在1.8V-3.6V的电压，1MHz的时钟频率下运行，耗电电流在0.1A-400A之间，这个和不同的工作模式有关。MSP430F149单片机有16个中断源，并且可以嵌套使用，使用中断请求将CPU从低功耗模式下唤醒只要6s的时间，这样就可以编写出时实时性很高的程序。根据具体的处理情况可以将CPU处于功耗模式，在需要的时候通过中断来唤醒CPU，从而实现系统的低功耗要求。强大的处理功能。MSP430F149单片机为16位的RSIC结构，具有丰富的寻址方式，简洁的指令，大量的寄存器以及片内的数据存储器都可以参加多种运算，还有高效的查表方法，有较高的处理速度，在8MHz晶体下运算能力达到1MIPS（每秒钟运算100万条指令），是传统51单片机远远达不到的。这些特点使该系列单片机采用C语言开发仍能有很高的效率，从而可以提高开发的周期，也可以实现程序的可移植性。系统工作稳定MSP430F149单片机在上电复位后，首先由DCOCLK启动CPU，保证程序从正确的位置开始执行，同时也保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。在完成上述工作后软件可以设置特定的寄存器的控制位来确定最后的系统工作时钟频率。在CPU运行中，如果MCLK发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作，如果程序出错的话，可以通过设置看门狗来解决。在程序跑飞的时候，看门狗会出现溢出的情况这时看门狗产生复位信号，使系统重新启动，从而保证系统运行的稳定性。丰富的外设资源。MSP430F149单片机根据不同的型号提供了不同的外设资源，主要的外设资源有定时器，看门狗比较器，串口，硬件乘法器，ADC模块和丰富的端口资源，MSP430F149单片机的定时器具有捕获/比较功能，可以用于事件记数，时序产生，PWM波形产生等。看门狗可以在程序跑飞的时候重新启动系统，保证系统的稳定运行。比较器可以进行模拟电压的比较，与定时器结合使用可以设计成A/D转换器。串口资源可以实现多机通信。硬件乘法器增强了单片机的运算处理能力。集成ADC模块可以满足大多数的数据采集应用场合，这样也可以减小系统设计的复杂度，同时减小PCB版的面积。丰富的端口资源使单片机具有更加丰富的接口功能，并且该系列的某些单片机的某些端口还具有中断功能，进一步丰富了中断资源，也更加有利于写多任务操作的程序。由于MSP430F149单片机有如此丰富的外设资源，这样就提供了更多的单片机解决方案。方便的调试功能。由于目前的MSP430F149单片机一般是基于FLASH型的，这样单片机可以实现写入和擦除，加上MSP430F149单片机提供了JTAG口，这样单片机就能实现很好的在线调试仿真功能。通过集成的IDE开发环境，使用户很容易调试程序。开发工具能很好支持C语言开发，这样能缩短程序开发的时间，也保证程序的可移植性。代码保护功能。虽然MSP430F149单片机基本上是FLASH型的，但该系列单片毕业设计（论文）硬件介绍5机具有代码保护功能，通过使用代码保护技术，就可以防止程序被读出来进行拷贝，从而起到保护知识产权的作用。MSP430F149单片机本身具有的特点如下。具有很低的供电电压。单片机的供电电压最低可以低到1.8V，单片机的供电电压范围是1.8V-3.6V。超低的功耗。这是目前其它单片机没有的特色。它在休眠的条件下工作的电流只有0.8A就是在2.2V,1MHz条件下工作的电流只有280a。快速的唤醒时间。从休眠的方式唤醒只需要6s。快速的指令执行时间。它采用的是16位的RISC结构，指令的执行时间只需要150ns，是传统单片机不能比拟的。片内有12位的A/D转换器，片内提供参考电压。A/D转换器具有采样保持和自动扫描的特点。16位的定时器Timer_B带有7个捕获/比较寄存器。片内提供温度传感器具有灵活的时钟设置。主要有以下几种方式：32MHz的晶体方式，高频率晶体方式，谐振器方式和外部时钟源方式。这样可以根据功耗要求和速度要求进行灵活的时钟设置。16位的定时器Timer_A带有3个捕获/比较寄存器.片内提供模拟信号比较器。串口通信模块：USART0，USART1。两个串口都可以通过软件选择设置成UART方或者SPI方式，由于该系列单片机提供了两个串口，因此能为用户进行多机通信设计提供方便。片内提供较多的存储器，MSP430F149提供的片内FLASH为60KB，同时片内还提供较多的RAM，以便进行运算处理。提供P1.0-P6.0供6个数据端口，能为用户提供更多的处理功能。在提供的外围数据端口中，有两个断口具有中断功能，这样能丰富系统的中断资源，也为实现多任务系统提供方便。代码保护功能。单片机的安全熔丝能对程序的代码进行保护，从而可以对知识产权进行保护。具有JTAG仿真调试接口，这样非常便于对软件的调试。3.2.2MSP430F149单片机的引脚及功能下图为该系列单片机的管脚图。