单片机片外RAM，串行的

简介

在博文"为什么单片机通常只有那么小的数据内存？"讨论在单片机内部集成大规模RAM的问题。但在有的时候还是需要有大容量的RAM作为数据缓存。比如在博文“扩展32KRAM的STC8H8K信号采集版”介绍了通过并行接口扩展单片机片外内存的方法。在STC8H8K单片机运行在40MHz总线的情况下，完成片外RAM的读写仅仅需要0.5微妙。这在很多情况下可以满足单片机数据访问的要求了。

但是通过单片机的并口扩展外部RAM，一个最大的缺点就是造成了单片机引脚的大量浪费，增加了电子线路布板空间的浪费。因此使用高速同步串行接口（Serial Peripheral Interface）开展外部RAM可以有效解决这个问题

本文下面通过具体实验来测试基于Microcchip公司的23LC1024（128MByte）的串口RAM的扩展方式，为今后构建数据采集单片机系统做好准备。

设计方案

实验AD工程：

D:\zhuoqing\AltiumDesigner\Test\2020\Test23ALC1024\Test23LC1024.SchDoc *

1. 实验电路的原理图

2. PCB

3. 底层软件设计

（1）单片机ISP硬件配置：

单片机的工作主要频率:$f_{osc}=35MHz$。

（2）SPI设置：

SPI基本信号，下图显示CS，CLK的信号。

SPI 的CLK的频率设置为：$$T_{SPI}=\frac{4}{f_{osc}}=\frac{4}{35\times 10^6}=114.3ns$$

SPISendChar():消耗时间：1.6us
SPISendReceChar(): 1.6us

特性测试

1. MODE REGISTER

（1）上电后读取Mode Register 缺省值：
上电后读取LC1024：
LC1024ReadMode: 0x40;

（2）对Mode Register 读写：

void SerialDebugProcessBuffer(void) {
    unsigned char ucChar;
        
    SerialDebugBuffer2Argument();
    if(g_ucSDANumber == 0) return;

    if(strcmp("hello",                (char *)STD_ARG[0]) == 0)
        printf("%s is ready !\r\n", VERSION_STRING);

    else IFARG0("mr") {
        ucChar = LC1024ReadMode();
        printf("LC1024 Mode:%bx\r\n", ucChar);
        
    } else IFARG0("mw") {
        sscanf(SDA(1), "%bx", &ucChar);
        LC1024WriteMode(ucChar);
        printf("Mode:%bx\r\n", LC1024ReadMode());
        
    }

    else printf("Error command : %s !\r\n", STD_ARG[0]);
}

  

 

  
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2. 测试对内部RAM读写

（1） 基本读写：
通过写入和读出验证，可以验证整个0x1ffff可以被测试正确存储。

（2）读写时间测试：

循环写入0x8000字节，需要时间为：0.671s
循环读出0x8000字节，需要时间为 ： 0.671s

        nBegin = GetClickMS();        
        for(i = 0; i < nSize; i ++) {
            LC1024ByteRead(lnAddress + i);
        }
        nEnd = GetClickMS();
        printf("Time:%d\r\n", nEnd - nBegin);

  

 

  
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（3）测试读写单个字节的时间：

通过测试CS波形，可以测到对于LC1024单个字节的读写时间为：19.6us。
读写函数为： LC1024ByreRead(), LC1024ByteWrite().

测量：LC1024ByteReadDim, LC1024ByteWriteDim，读写两个字节所需要的时间为：23.2us。

测量LC1024 CLK的波形，可以观察其中的主要延长来自于对于地址的操作。在LC1024ByteWrite（）函数中存在对于长整地址的移位操作。所以前面的时序特别长了。

将LC1024相关函数的地址进行改造，直接将24bit的三个字节的地址通过参数输入。

unsigned char LC1024ByteRead(unsigned long lnAddress);
void LC1024ByteWrite(unsigned long lnAddress, unsigned char ucByte);

void LC1024ByteReadDim(unsigned long lnAddress, unsigned char * pucDim, unsigned int nSize);
void LC1024ByteWriteDim(unsigned long lnAddress, unsigned char *pucByte, unsigned int nSize);

  

 

  
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改造后的读写速度波形为：

此时，读写一个字节所需要的时间为7.86us。

直接对长整地址移位所消耗的时间测量：
下面是测量的数据：

测试的代码：

            OFF(LC1024_CS);
            lnAddress = lnAddress >> 8;
            ON(LC1024_CS);

  

 

  
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结论

测试了23LC1024的基本的SPI模式的读写性能，这对于一般的数据缓存是满足的。

但是在高速数据采集过程中，高达20多微妙的访问时间受限。这需要通过芯片的SQI多数据线模式来提高访问速度。

还是受限于8051这个单片机的内核，使得该芯片的高速性能无法进一步提高了。将MCU更换成ARM的32位单片机则可以实质提高提高速度。

参考文献

1. 为什么单片机通常只有那么小的数据内存？
2. 扩展32KRAM的STC8H8K信号采集版
3. STC8G1K单片机软件执行时间物理测量

文章来源: zhuoqing.blog.csdn.net，作者：卓晴，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105891541