在一些智能儀器中，經常需要進行大量的數據采集和存儲操作。例如，在精準農業作業中需要采集田地中每一個采樣點的經度、緯度、產量和濕度等信息。采樣點有成千上萬個，產生了大量的數據，保證這些現場數據的可靠存儲是測控系統設計中的關鍵問題之一。對基于PC機的智能儀器，這些數據可直接以DOS或Windows文件的形式存入硬盤；而對于基于單片機的現場設備，則由于系統處理速度慢、沒有操作系統支持和存儲容量小等原因，難以滿足上述要求。通常單片機所支持的存儲單元為ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ或小容量的Flash存儲芯片，它們的一個共同特點是受尋址空間的限制，不能滿足海量存儲的要求。
　　為此本文設計了一種海量存儲模塊，它的存儲單元采用大容量電子盤(64MB或更高)，也稱CF卡(Compact Flash Card)。CF卡體積小、重量輕、功耗低、容量大、讀寫速度快、機械性能優、硬件兼容性好，非常適合解決野外現場數據采集系統中數據傳輸及大容量存儲的問題。
　　該存儲模塊由微處理芯片" title="處理芯片">處理芯片、擴展I/O" title="I/O">I/O芯片、電子盤、IDE接口以及串行接口電路等組成。它通過串口與外部設備進行命令和數據的傳輸，通過IDE接口實現對電子盤的操作，由微處理芯片來協調和控制各部分的工作，這樣便構成了基于單片機系統的海量存儲系統。
1 存儲模塊的組成結構
　　CF卡存儲模塊由串口、微處理芯片、I/O擴展芯片、IDE接口、電子盤組成。圖1是其組成結構圖。

1.1 CF卡的結構和讀寫控制
　　如圖1所示，微控制器通過82C55A組成的I/O擴展電路和IDE接口來控制CF卡。由于CF卡與IDE(Integrated Drive Electronics)設備接口具有兼容性，這里IDE接口實際上實現了CF讀卡器的功能，完成了50引腳CF卡接口到40引腳標準IDE接口的轉換。所以借助于該IDE接口電路，微控制器讀寫CF卡采用的軟硬件結構與控制IDE硬盤完全相同。下面對IDE接口作一簡單介紹。
　　IDE接口引腳圖如圖2所示。其中，D(15...0)是數據線，GND為地線，IOW、IOR分別為寫、讀信號，RESET為復位信號，/CS0、/CS1、HA(2...0)為地址信號，I/O CHRDY為驅動器就緒信號。

　　IDE接口基于寄存器結構，所有的輸入輸出均通過對相應的寄存器進行操作來實現。表1為在/CS0、/CS1、HA2、HA1、HA0信號和讀、寫信號控制下所選擇的寄存器名稱及其地址。
　　IDE接口的操作時序為：
　　(1)等待驅動器將狀態寄存器中的Bit7(BUSY位)清零。
　　(2)向相關的寄存器寫操作硬盤所需的參數，即寫扇區數寄存器、扇區號寄存器、柱面號寄存器、磁頭寄存器等。
　　(3)向命令寄存器寫命令代碼。
　　(4)使中斷使能位有效。
　　(5)等待驅動器置DRY#,發中斷請求。
　　IDE接口有兩種讀寫方式：LBA(邏輯塊地址)和CHS(柱面/磁頭/扇區)方式。本模塊使用CHS方式。
1.2 系統硬件組成
　　微控制芯片采用51系列的SST89E564RD芯片，該芯片中含有1K的RAM(On-Chip RAM)和64K+8K字節的內置電可擦除存儲器(Flash ROM)，支持在線編程(ISP)，系統開發非常簡便。對于電子盤的讀寫只能以扇區為單位，一個扇區有512字節，因此一次讀寫最少要有512字節。這就要求芯片中要有一個大于512字節的數據存儲區，所以采用含有1K內存的SST89E564RD芯片是比較合適的，可以節省一個外接的數據存儲器。
　　串口的作用是實現與外部設備之間的命令和數據傳輸。SST89E564RD共有兩個串口，一個用來實現與單片機系統之間的通信，另一個用來實現與PC機之間的通信。與PC機相連的串口采用一個MAX232芯片來實現電平轉換。這樣，該模塊可以在現場接收來自于單片機采集系統的數據并實時存儲，而存儲的數據也能被PC機讀取，并進行事后數據分析。
　　標準的IDE接口有40個引腳，其中控制和數據引腳共有24個，這對于51系列芯片來說是無法控制的，所以需要一個I/O擴展芯片82C55A來將I/O口擴展到24個，以實現標準IDE接口和微控制器的連接。圖3所示為82C55A的擴展I/O電路，圖4為CF卡的IDE接口電路。

2 CF卡存儲模塊的程序結構
　　CF卡存儲模塊的程序采用C51語言編寫，主要包括主程序和初始化、寫扇區、讀扇區和串口輸入輸出子程序等。其程序流程圖如圖5所示。串口輸入采用硬件中斷方式。程序能夠接收來自于兩個串口的命令并執行相應的數據讀寫操作。