总线错乱

简介

RAM是计算机系统中保存临时结果的器件，它的大小也决定了计算机处理数据的规模。在嵌入式计算机（单片机中），由于受到价格、功耗等原因，内部的RAM的容量往往比较小，比如从几百字节到十几k字节不等。这能够满足大部分单片机应用的需求了。

但是在一些特殊的应用情况下，有时需要大容量的RAM来存储采集到的数据，或者缓存通信数据。此时则需要通过外扩内存来完成。比如最近实验声音信标信号^[1]相关系统测试和算法优化，则需要采集到多路音频信号。此时需要通过外扩RAM来解决。

通常静态RAM芯片接口包括有数据、地址和控制总线，与单片机对应的端口相连便可以加成数据的写入和读出。

有的单片机在扩展外部RAM的时候，为了节省有限的IO端口，通过使用外部锁存器来复用同一八位地址端口来扩展地址总线到16位的目的。比如8051单片机。这样设计的代价就是需要增加外部锁存器芯片74LS372。

虽然数据总线和地址总线按照逻辑都标有数据位的顺序：比如16位地址总线按照A0~A15，8位数据总线表明D0-D7。但是在访问静态RAM的时候，数据总线，地址总线内部的这些位的顺序是可以任意调整的。

比如在下面设计的单片机系统中，为了满足能够尽量减少PCB布线的交叉，就是通过调整数据线和地址总线内部位的顺序来满足的。

扩展STC8H8K外部32k字节RAM

1. 设计说明

STC8H8K单片机具有16路12位的AD转换器，在本实验中用于采集信标发出的Chirp声音，并传送给计算机加以处理。

在博文“基于STC8G8K64U三通道高速ADC采集板^[2]"给出了利用STC8H8K内部的8kRAM进行声音信号采集电路设计方案。但是受限于内有8KRAM的空间限制，所能够采集音频信号的路数和时间长度都无法满足研究的目的。所以此次通过外部扩一片32k字节的SRAM来扩展信号采集的容量。

同样通过WiFi-UART转换模块，实现采集数据与PC机之间的数据传送，这一点设计与前面博文中的设计方案是一致的。

2. 原理图

所使用的STC8H8K芯片的封装为TSOP48。使用P2端口作为数据总结，使用P0,P4端口作为地址总线。不需要外部的锁存器。

使用UART3与WiFi-UART模块通信。将ADC中的AD0~AD2引到输入端口接收外部被采集的信号。

具体的电路图如下图所示：

外部接口设计：

（1） ISP端口：

（2） ADC端口：

2. PCB板

这里需要需要说明的是，为了能够适应快速制版的实验需要。使用了单面PCB板工艺。为了消除在布线中的交叉部分（因为交叉部分则需要过孔和双面布线），对数据总线和地址总线的顺序进行了调整，由此可以仅仅使用一面PCB便将所有的数据和地址总线完成连接。

下面给出了具体的PCB连接方式。前面原理图中显示了调整后（总线错乱）的地址线和数据线的逻辑设计。

在实际电路设计工程中，有的时候为了方便布线，需要对引线的顺序进行调整。在复杂电路设计中，优势会通过FPGA、CPLD等大规模可编程逻辑器件来对芯片外部引线的顺序进行调整，方便进行布线。当然这也需要付出设计的复杂度和额外增加的芯片价格。

硬件调试

1. 扩展RAM实验

通过设计，电路板腐蚀、焊接与安装，很快得到实验电路。下面对其进行测试。

STC8H单片机硬件编程选项配置如下：

单片机工作的主要指标：

• 内部工作主频：40MHz
• ISP UART1 波特率：500000bps;
• WiFI-UART波特率：460800bps

（1）访问外部RAM时间长度

使用MCU的端口来测量访问外部RAM的时间，下面是测量写入外部RAM的时间，为534ns（包括对FLAG_PIN的操作时间。）

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

使用相同的方法，测试 ExtRamRead()的时间为490ns。

2. AD转换实验

（1）AD的通道设置：

使用了P1.0, P1.1 来采集两路外部模拟信号。

（2）AD转换时间：

1. AD参数设置：STC8H内部转换启动
2. AD转换时间：通过ADC2(P1.4)输出脉冲来测量。
3. 测量结果：两次ADC转换，时间为5微秒；

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

采集实际信号

1. 采集两路测试信号
下图显示了采集两路测试信号的波形：

2. 采集Chirp音频信号

采集两路分别来自于调频接收模块以及麦克风传感器的Chirp信号并求取它们的相关信号，来判断时间延迟。

下图是采集到的声音信号，长度为0.8192秒。包含了两个Chirp信号周期的数据。

公众号留言

卓大大，实话实说，这次比赛实在是太太太太太赶了，学校大概六月初左右返校，然后还要准备期末考试。我们队伍参加的是直立节能组。别的组别或许还可以在没有仪器的情况下就把车做出来，但是我们是万万不可能的。充电板和车模一旦有一点问题更正周期是以周计算的，按照以往学长的进度，正常比赛留给软件调试的时间也不过就是半个月左右，现在准备时间压缩到两个月，这次规则的软件又比以往都要难一些，感觉除非开学之后每天通宵，不然实在是不能确保小车的稳定性。

求大大考虑考虑节能的兄弟们。

回复：现在，我只能说：兄弟们加油。

卓老师好，深夜打扰。请问这款芯片可以在信标组中使用，还是说只要涉及到控制的微处理器都要用infineon的呢？

回复：这款芯片如果只是专用于电机驱动设计，不参与其它运动控制，是可以应用到信标组别的。

卓老师，我听说了一种想法，有些同学在群里讨论用1064自制openmv，事实上偷偷用1064跑信标，我虽然没有验证过可行性，但是不希望有这种想法伤害到比赛的公平性，也不愿意看到openmv因此而被禁止，所以也跟卓大提及一下这种想法。

再提出一个建议：音标比赛只允许使用成品openmv

回复：谢谢你反映的这种情况，以及提出的建议。

参考资料