基于AT89C51嵌入式单片机的能实现MP3播放的Flash芯片测试开发板

【摘要】 随着近些年信息技术的飞速发展，如今的嵌入式系统已经成为诸多行业研究和应用的热点。因为flash具有非易失性、读取速度快和功耗低等特点被广泛的应用于嵌入式系统，但芯片测试存在周期长，成本高等问题。本文结合0.13μm嵌入式闪存存储器和90nm闪存存储器的研发项目，提出了一种基于单片机AT89C51SND1的可实现MP3播放的flash测试的设计方法，以AT89C51SND1为核心，设计外围电路，完成原理图设计、PCB板设计并装配成实验开发板，并利用c语言调整编译器KeilC和ISP在线调试软件FLIP，将嵌入式技术融入单片机系统开发和应用，调试实现具有多媒体播放功能并测试flash功能和性能。在与老师同学合作设计、制造、调试开发板的过程中，学习实践软、硬件的设计思想、开发的流程、相关软件的使用、解决问题的能力，合作完成了开发板的设计和制版工作，并完成部分flash功能和性能的测试。 

第一章绪论

1.1引言
嵌入式系统需要为软件和数据提供存储空间。但由于现在对嵌入式系统的功能和性能都有了更高的要求，嵌入式系统结构也日益复杂，由于容量和灵活性等方面的劣势，已经无法满足当今嵌入式系统发展的需求。Flash作为一种安全快速的存储体，以其体积小、容量大、成本低、掉电不丢失数据等一系列优点，成为了目前嵌入式系统中程序和数据的最主要载体。随着嵌入式系统的长足发展，的市场需求也是不断增加。市场的需求催生大量芯片研发，生产，应用等业务。本文所研究的内容是基于中心高速闪存自动硅编译技术研究项目，设计一款能够测试项目中设计的多款嵌入式闪存核，并实现播放的开发板。以较低成本的嵌入式系统实现对的功能测试和功能展示。

1.2嵌入式系统概况
实际上，嵌入式系统是一个涵盖内容非常广泛的名词，那些与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，所以有时很难以给嵌入式系统下一个准确的定义，但一般而言，嵌入式系统的构架大都可以分成四部分：嵌入式微处理器、外部存储设备、输入输出端口和系统应用配套软件。其中处理器是系统的核心，处理数据的运算和控制管理外部设备的运行，外部存储设备存放数据和部分为实现功能的应用软件，输入输出端口可用来和系统外部交换数据或者扩展外部设备实现更多的功能，配套软件除了应用软件外还有操作系统软件，但与PC不同的是操作系统往往和应用结合在一起，而非分开独立工作的。此时的嵌入式系统中已经有了比较完善的操作系统，在这一阶段中，嵌入式系统的主要特点有：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高、具有高度的模块化和扩展能力；文件和目录管理，设备支持，多任务，网络支持，图形窗口和用户界面功能在这一阶段的嵌入式系统中得到较广泛的应用和发展；正是由于操作系统的高效率以及多任务和网络等方面的支持，大量的嵌入式开发应用程序和应用软件，以及各式各样的嵌入式应用接口井喷式的涌现如市场。具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能：具有大量的应用程序接口，开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。
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第二章嵌入式存储系统与概述

2.1嵌入式存储器概述
与所有的计算机系统一样，嵌入式系统也存在着特有的架构体系。不同层次结构的存储系统来储存代码、存放程序和数据，支撑着整个系统数据的正确调配。由于嵌入式系统可利用的硬件资源十分有限，因此系统对存储空间的管理成为一项非常具有挑战的任务。目前在中有的硬盘空间已经不是很困难的事情了，但很难找到拥有如此巨大存储容量的嵌入式系统。传统硬盘体积过大、有旋转部件、对震动敏感、需要多电源供电等特点，因而不适合在嵌入式系统中应用。通常的解决方案是用成本低、容量小的稳定存储设备来代替硬盘。现如今嵌入式存储器有以下几种常见的分类方法：内存是计算机主机的一个重要部件，较多采用快速存储器件。内存的存取速度较快，但内存的空间较小、且受地址总线位数的限制通常只用来储存正在使用或者经常使用的程序和数据，方便处理器直接访问。更多的系统和应用软件则在用到时由外存传送到内存。

2.2常见的嵌入式系统存储设备
Flash是以单晶体管作为信息的存储单元，它的结构与普通半导体晶体管非常类似，与场效应管有相同的名称：源极、漏极和栅极。其中栅极包括浮动栅和控制栅，前者用于存储电子，表层被一层硅氧化物绝缘体所覆盖，并通过电容与控制栅相耦合。当负电子在控制栅的作用下被注入到浮动栅中时，该单晶体管的存储状态就由变成。相对来说，当负电子从浮动栅中移走后，存储状态就由变成。栅极与硅衬底之间有二氧化硅绝缘层，用来保护浮置栅极中的电荷不会泄露。采用这种结构，使得存储器单元具有了电荷保持能力，实现数据的存储。如果要写入数据，需要移走浮动栅中的负电子，使目标存储区域处于状态，这样只有遇到数据时才发生写入动作，但这个过程需要耗费不短的时问，导致写入速度总是慢于数据读取的速度。图是存储单元的结构示意图.

第三章平台硬件设计...............17
3.1平台硬件电路设计.....................17
3.1.1硬件方案.....................17
第四章开发板软件概述........................31
4.1软件方案概述...................31
4.1.1主控程序...................32
第五章开发板调试与芯片测试............45
5.1开发板调试...............45
5.1.1硬件调试.....................45

第五章开发板调试与芯片测试

5.1开发板调试
此处说的动态调试是硬件设计者利用示波器对电路的硬件进行动态调试，来帮助分析和定位硬件电路中出现故障的芯片或设备以及判断部件间的连接是否有逻辑错误，例如：可以测量芯片的时钟频率是否于设计的理论值接近、芯片的复位功能是否工作正常等。电路的硬件调试完成后，接下来就可以写入代码进行软件的调试。软件调试的任务是查出并修改程序中的错误，同时解决硬件调试时没有发现的问题。软件调试可以先从较为简单的小灯实验入手，逐步调试一些初级的子程序，然后逐步向上级模块复杂程序扩展。单步运行这种方法调试程序可以查出软件中循环、跳转及分支等逻辑错误。按自下而上的逆序逐级扩展，直到应用系统的功能全部调试完成且成功；采用非实时断点运行这种方法调试中断程序，需要在中断程序入口地址设置断点，从开始执行程序，然后判断程序是否会停止在中断入口处，若不能，则检查中断初始化是否正确；若能进入中断，则可单步运行中断服务程序；连续执行命令是在通过单步断点没有发现程序错误时，使用连续执行命令调试软件程序。

5.2Flash测试
通过对芯片管脚的配置，在存储单元电流测试模式下，从芯片外部直接可以测量流经存储单元的电流，此时的电流是不经过灵敏放大器而直接引导到外部接口的。通过存储单元电流的测试可以将较为准确的反映存储单元的一些特性，对于今后加深对存储单元特性的理解打下基础、同时也提升日后对存储单元设计的设计能力。还有一些测试可以进行，但由于开发板功能以及板级系统的局限性无法进行。例如：存储芯片所允许的最大擦写次数，如果采用板级测试将耗时过长以至于难以接受，故无法进行完整的测试，但是我们可以退而求其次，测试是否可以达到功能的要求。
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第六章总结与展望

经过一年多时间的课题研究和相关项目经验的积累，完成了嵌入式系统开发板的设计和调试，对项目流片成功的进行读写擦的功能测试，并能实现多媒体功能为以后的应用做铺垫。在对嵌入式系统理论进行学习分析的基础上，结合项目产品和单位软硬件资源，提出基于单片机芯片开发一款能实现播放功能的芯片测试开发板。硬件部分由主控、电源、时钟、音频、存储电路构成；硬件电路设计过程中，首先完成电路原理设计，之后进行了采购元器件，然后是板的设计和加工，接着焊接元器件，检查调试无误后进行软件设计，软件部分采用模块化设计思路进行设计。无论硬件还是软件的设计开发都需要根据存储器芯片的硬件结构和工作过程，结合项目实际需求情况，基于实现存储芯片功能测试和为今后的应用打好基础的目的。完成软、硬件设计后就是进行调试，调试的过程即是查漏补缺同时也是对之前设计的一个回顾和总结，调试中遇到的种种问题都可以让以后的设计更熟练，让下一次的设计更完善。存储芯片的功能测试更进一步深化了解的工作过程，而性能测试可以加深对芯片设计过程中的理解。本课题的研究过程中，是在老师的指导和与同学同事的合作下完成的。首先研究了存储器的硬件结构、工作原理和部分设计技巧；其次是对嵌入式系统开发进行学习和研究；然后是积累了软硬件设计的一些知识、思路和技巧，并在设计的过程中学习、巩固了相关软件的使用；最后也通过这期间的历练，为自己从学生到职场人的无论是心理、技术还是为人处事的转变打下基础。

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参考文献：

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