摘要 介绍一种针对实时性要求较高且处理数据量较大的系统的设计和研制方案。该方案采用高性能AVRATmegal28为其控制核心，实现访问外扩的512 KB SRAM中的数据，且在掉电时能保护外扩SRAM中的数据。外部掉电时，预警电路保护现场数据至外扩的SRAM中，由锂电池给外扩的SRAM供电；外部正常供电时，由DSl302ZN根据需要给锂电池充电。本方案经实际运行，证明其设计是可行的。
关键词 AVR ATmegal28 扩展512 KB SRAM 掉电数据保护

    如今，电子技术发展迅猛，尤其是单片机已广泛地应用于通信、交通、家用电器、便携式智能仪表和机器人制作等领域，产品功能、精度和质量均有大幅度提高，且电路简单，故障率低，可靠性高，价格低廉。在单片机的某些应用中，如果不对系统的外部SRAM进行扩展，就不能满足系统设计的要求。因此如何扩展、扩展什么类型的芯片、扩展的容量多大就成为值得考虑的问题。这个问题解决的好与坏直接关系到项目的成败。本文介绍在AVR ATmegal28中如何实现扩展掉电数据不丢失的512 KB SRAM的方案。

1 系统硬件结构
    单片机采用的是Atmel公司生产的ATmegal28，其引脚排列如图l所示。ATmegal 28单片机为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，凭借先进的指令集以及单周期指令执行时间，其数据吞吐率高达1MIPS/MHz，可以缓解系统的功耗和处理速度之间的矛盾。AVR单片机内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器，所有的寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐量。ATmegal28单片机内置：128 KB的在系统可编程Flash程序存储器，具有在写的过程中还可以读的能力，即同时读写(RWW)；4 KB的EEPROM；4 KB的SRAM；53个通用I／O端口线；32个通用工作寄存器；实时时钟(RTC)；4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器／计数器(T／c)；2个UJSART；面向字节的两线接口(TWI)；8通道10位ADC；可选的可编程增益；片内振荡器的可编程看门狗定时器；串行外围设备接口(SPI)；与IEEEll49．1规范兼容的JTAG测试接口，此接口同时还可以用于片上调试；6种可以通过软件选择的省电模式。

    SRAM接口电路由锁存器74AHC573D和BS62LV1006SIP55组成，如图2所示。XRAM接口的工作频率很高，当系统的工作条件高于8 MHz@4 V(4 V电源电压，8 MHz工作频率)和4 MHz@2．7 V(2．7 V电源电压。4 MHz工作频率)时，要小心地选择地址锁存器。此时，典型的74HC系列锁存器已经无法满足要求。XRAM接口与74AHC系列的锁存器相兼容。BS62LV4006SIP55是BSI的高效率、低功耗CMOS静态随机访问存储器，能适应2．4～5．5 V的大范围工作电压，具有典型CMOS的高效率低功耗特性；在3．0V/25℃的条件下电流为0．25μA，在3．0V／85℃的条件下，最长访问时间为55 ns。通过片选CE信号、输出使能OE信号和三态输出驱动，可以很方便地进行SRAM扩展。当BS62LV4006SIP55处于未片选状态时，它具有自动降低功耗的特性。

    掉电数据保护电路由SA56600-42D接口电路、DS1302ZN接口电路和预警比较电路组成，电路原理图如图3所示。SA56600-42D是Philips公司生产的为保护SRAM中数据的集成芯片；DS1302ZN则是DALLAS公司生产的实时时钟(RTC)，但它还具有可编程控制的充电器的功能，通过第8脚能为锂电池进行控制充电；预警比较电路有保护现场数据的作用，当外部电压低于10V时，模拟比较器就会触发中断，从而把现场数据保护到外扩SRAM或EEPROM中。

2 工作原理
    在主函数main()中，对I／O口、计时器、A／D转换器、模拟比较器、RTC DSl302和外扩SRAM等进行初始化。对外扩的SRAM进行访问时，通过PD5～PD7确定页面地址，再根据A口、C口的第二功能访问外部SRAM的指定地址，这部分在程序清单中有简单的例子。有一点要注意，外部存储器映射到内部存储器之后，在缺省条件下MCU只能访问每页的60 KB外部存储器(地址0x0000～0xlOFF为内部存储器所保留)。然而，可以利用屏蔽高位地址的方法来访问整个64 KB外部存储器。这点对于跨页访问要特别注意。
    在计时器中断程序中，每隔一段设定的时间就要调用一次A／D转换，以获得锂电池的电压。在A／D中断处理函数中对获得的锂电池电压进行处理。如果获得的锂电池的电压低于一个设定的值，则调用DSl302的90H命令对锂电池进行充电；如果锂电池电压高于设定的值，则调用DSl302的91H命令，获得寄存器对应TCS3～TCSl位的值，判断DS1302是否对电池充电。如果在充电，就凋用DSl302的90H命令，结束对电池充电。
    当预警比较电路中ATNl的电压低于AIN0时，触发模拟比较器中断。在此中断处理函数中把内部SRAM的数据备份到外部的SRAM或者EEPROM中，从而防止因外部电源掉电造成数据丢失。
    当外部电源掉电或恢复供电时，SA56600-42D会自动切换外扩SRAM的供电。在外部电压低于4．2 V时，SA56600-42D会使外扩SRAM处于未使能状态，使SRAM不能访问；在外部电压低于3．3 V时，SA5660042D会自动切换到锂电池为外扩SRAM供电，达到保护外扩SRAM中数据的同的；在外部电压高于4．2 V时，SA56600-42D会自动切换到主电源为外扩SRAM供电。

3 本系统的优点
    ①使用高性能RISC架构的AVR ATmegal28单片机，从硬件上克服了传统单片机在处理能力、外围接口能力上的不足，可以实现复杂的程序控制。
    ②外扩SRAM达到512 KB，突破了传统的64KB寻址范围的限制。这对单片机来说有很重要的现实意义。
    ③外扩SRAM且实现掉电数据保护功能。相对于扩充EEPROM的系统，本系统的反应要快很多。
    ④应用本方案，在某些应用方面就不需要使用ARM微处理器，从而达到降低系统成本和开发难度的目的。
    程序清单见本刊网站www.mesnet.com.cn——编者注。

结语
    采用本系统的扩展外部SRAM的方案，既能保证系统的响应速度，又能保证数据的安全性。本设计方案具有硬件结构简单、成本低等优势，在显示、语音、交通控制和智能化停车场管理系统等方面，具有一定的参考价值。经在某停车场智能管理系统中的实际运行，证明该设计方案是成功的。