(身份证号码：43242619750316xxxx；广东润星科技有限公司 523598)
摘要：现代电子技术领域设计数据存储的写入和读出过程,通常需要中央处理器参与地址和数据控制，并且需要有嵌入式软件开发基础,通过软件程序控制CPU对数据存储芯片进行数据的读和写过程。本方法实现在没有中央处理器参与的前提下,利用PLC程序通过I/O接口和 TTL集成电路组成硬件电路实现数据存储芯片的读写的设计。
关键词：电子技术；数据读；数据写；电路设计；数据；PLC
引言：
我们通常看到或常用的数据存储电路设计及其特性，都会包括中央处理器（CPU）、程序存储器(ROM)、数据寄存器(RAM)、输入与输出(I/O)等，CPU就像是单片机的“大脑”，他不仅控制各种程序指令，还控制数据存储器中数据的读和写指令。本电路设计实现了一种形势的创新，在特定的硬件和软件环境条件下，实现没有设计CPU 参与的前提下对数据寄存器（RAM）进行数据的存储和读取过程，同样的道理还可以实现对FALH-RAM行数据的存储和读取；可以降低目标产品对程序软件开发人员技能的依赖程度，相比目标产品可以减少电子元器件的数量，缩小电子线路板元器件占比空间。
上述“特定的硬件和软件环境条件”是指对目标产品数据存储量简单化或单一性、减少目标电路设计的复杂程度、不需要掌握CPU环境下程序语言和程序语言函数编程开发，利用电气控制技术中PLC模块或程序实现对地址锁存、数据存储、读取输出，通过PLC程序比较读取数据的正确性。
一、设计思想
由PLC模块或程序实现对地址锁存、数据发送、数据存储、数据读取,同时通过PLC程序对比读出数据的正确性, 为此我们需要对PLC模块的输入与输出接口（I/O）地址作分配定义，设计地址、数据输入与输出总线端口,控制总线端口连接,为数据存储器（RAM）芯片运行条件设计硬件电路，其中X地址端口分配数据读取,Y地址端口分配地址、数据通道，地址锁存、片选、读指令、写指令、数据方向信号等。电路设计方框图如下图（1）
图（1）
通过上述电路设计方框结构实现数据写入和读取时不需要中央处理器(CPU)参与控制，利用可编程PLC模块即可实现数据写入与读出功能，同比电路设计简单，不需要掌握单片机程序语言编程，即可实现数据的存储和读出过程，数据的正确性校验由可编程PLC模块完成。
二、电路设计
本设计电路原理图中需要考虑数据的双向传递，地址锁存和其它满足控制需要的电平转换隔离芯片的选择，同时要保留总线高阻态电路控制设计，为此我们选择74HC563、74HC573、74HC245、74LS04等TTL集成IC，信号隔离芯片选择NEC公司PS2805芯片，存储芯片选择DAS12887,其原理图如如下图(2)
图（2）
为配合原理图（2）描述详细说明，原理图左侧我们可以看到有PLC的I/O端口地址,用Y***表示PLC输出地址,用X***表示PLC输入地址,,其中U2、U3、U4、U5为光电隔离，主要负责对I/O端口电压信号的转换，利用光隔离器件的把输入的DC24V信号转换为DC5V的TTL电平信号，光偶器件U2-1、U2-2、U2-3、U2-4、U3-1、U3-2、U3-3、U3-4输入；U6负责对光电耦合器输出信号的导通与关闭，信号导通状态下输出反向电平信号，同时在关闭状态下提供高阻态； U7负责数据信号的传递方向，写数据时数据从左向右传递，读数据从右向左传递；U8作为数据的存储仓库，负责按指令进行数据的写入保存和数据的读出；U9负责对数据读、写目标地址锁存，按照地址指令项数据存储区域写入或读取数据；U11负责提取数据总线上的数据输出；U12负责对U11数据输出的电平放大，把TTL电平信号转换为DC24V的驱动信号触底给PLC输入端口，此时PLC输入端口通过采集U12发送回来的数据进行比较，比较一致时整个数据的存储和读取流程完成。
我们对光偶器件U2-1、U2-2、U2-3、U2-4、U3-1、U3-2、U3-3、U3-4输入信息称之为数据总线通道，他们分别对应的PLC输出地址是Y230、Y231、Y232、Y233、Y234、Y235、Y236、Y237，该通道内容包含需要访问的目标地址和需要存储的数据信息，在整个数据的传递过程中采用分时处理，根据存储和读取指令的要求按照一定的先后时序传递。其它光耦器件U4-1、U4-1、U4-3、U4-4、U5-1、U5-2的输入信号称之为控制总线通道。他们分别对应的PLC输出地址是Y238、Y239、Y23A、Y23B、Y23C、Y224，该通道内的信号主要负责对存储和读出数据时提供正确的芯片选通关联关系，保证地址和数据信息被传递到数据存储器的存储位置被有效的记录下来，和有效的从存储器中取出。默认情况下PLC输出为无输出指令状态，所有光耦器件没有被激活，其输出都保持在高电平状态，根据原理图分析U6、U7、U8、U9、U11芯片都处于没有选通状态。
三、电路分析
3.1 数据的存储流程：
3.1.1、由根据地址指令由PLC发出Y230、Y231、Y232、Y233、Y234、Y235、Y236、Y237高电平输出指令并保持，地址数据输出到数据总线通道，光偶器件U2-1、U2-2、U2-3、U2-4、U3-1、U3-2、U3-3、U3-4输出端根据PLC发出的高电平指令输出为低电平状态，此时我们定义信号为ADD0-ADD7
3.1.2、PLC发出Y224高电平输出指令并保持，打开U6芯片选通，提供数据通道信号反相输出, 此时我们定义信号为AD0-AD7。
3.1.3、PLC发出Y23C高电平脉冲指令，打开U9芯片选通，锁存由数据通过发出的地址信息, 此时U9输出端被自动锁存住数据总线上的地址，我们定义锁存信号为A0-A7。
3.1.4、PLC对Y230、Y231、Y232、Y233、Y234、Y235、Y236、Y237翻转发送数据指令并保持有效数据指令通道为高电平状态。数据信息通过光偶器件U2-1、U2-2、U2-3、U2-4、U3-1、U3-2、U3-3、U3-4输出端根据PLC发出的高电平指令输出为低电平状态，再由U6芯片提供数据通道信号反相输出给U7芯片准备接收传递。
3.1.5、PLC对Y239、Y238发出高电平信号选通存储芯片选通和数据传递芯片选通及方向确认信号，U7被选通数据由A端向B端方向传递到存储芯片的数据端口，我们定义数据信号为D0-D7。
3.1.6、PLC对Y23B发出高电平脉冲信号，执行锁存器U9地址目标数据写信息，脉冲完成后数据写结束，PLC释放所有输出指令状态并保持为默认的无输出状态
3.2 数据的读取流程：
3.2.1、由根据地址指令由PLC发出Y230、Y231、Y232、Y233、Y234、Y235、Y236、Y237高电平输出指令并保持，地址数据输出到数据总线通道，光偶器件U2-1、U2-2、U2-3、U2-4、U3-1、U3-2、U3-3、U3-4输出端根据PLC发出的高电平指令输出为低电平状态，此时我们定义信号为ADD0-ADD7
3.2.2、PLC发出Y224高电平输出指令并保持，打开U6芯片选通，提供数据通道信号反相输出, 此时我们定义信号为AD0-AD7。
3.2.3、PLC发出Y23C高电平脉冲指令，打开U9芯片选通，锁存由数据通过发出的地址信息, 此时U9输出端被自动锁存住数据总线上的地址，我们定义锁存信号为A0-A7。
3.2.4、PLC发出Y224释放高电平指令并保持为低电平状态，关闭U6芯片选通，U6芯片输出高阻态状态。
3.2.5、PLC对Y239发出高电平信号选通存储芯片选通和数据传递芯片选通确认信号，此时提供存储芯片的数据端口数据由U7芯片的B端向A端方向传递，我们定义数据信号为D0-D7。
3.2.6、PLC对Y23A发出高电平脉冲信号，执行锁存器U9地址锁存端口目标数据存储器地址数据读出信息，D0-D7数据经U7芯片B端向A端方向传递给U11芯片输入端，U11在Y23A的指令下被选通输将受到的数据信息输出传递给U12芯片，U12芯片将数据信号放大后传递给PLC输入模块接收比较、确认，此时Y23A信号脉冲完成数据读指令结束，PLC释放所有输出指令状态并保持为默认的无输出状态。
四、逻辑关系报表
1、读数据指令逻辑图表,见图(3)
图(3)
2、写数据逻辑图表见图(4)
图(4)
结束语：
本技术电路设计是在传统中央处理器(CPU)参与控制设计电路中衍生的另一种实现数据存储和读取的电路设计结构，可以广泛应用到对数据交换不平凡或实现交钥匙服务的产品中，应用本电路设计可以减少对单片机软件程序开发的依赖程度甚至不需要单片机软件工程师的参与就能实现数据的交换和对比工作。相比电子电路设计简单，线路板电子元器件布局占比空间较小等优点。
参考文献:
[1]刘芳，赵振华，NAND FLASH芯片K9F1208在uPSD3234A上的应用. 单片机与嵌入式系统应用， 2007（3）： 43-46.
[2]韩全立，单片机控制技术及应用，电子工业出版社 2004 年9月
[3]殷苏民，张建明，李正阳，汪伟力，万翔，基于单片机的PLC数据储存系统 电子技术应用2014年第8期
[4]张广明 李果朱炜，机电系统PLC控制技术，国防工业出版社 2009-4-1
论文作者:陈建飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/22
标签：数据论文; 指令论文; 信号论文; 芯片论文; 地址论文; 高电平论文; 端口论文; 《电力设备》2018年第13期论文;