/* * 2×4 门控 NAND-SR SRAM — ESP32 * 2行 × 4位，共8个NAND-SR锁存器 * 中文人性化测试版本 * * ┌─────────────────────────────────────────────────┐ * │ 控制信号（与2×1完全相同，无需扩展） │ * │ PIN_A0 (26) — 地址位，HIGH=行0，LOW=行1 │ * │ PIN_WE (27) — 写使能，HIGH脉冲触发写入 │ * │ │ * │ 数据输入（新增D1~D3） │ * │ PIN_D0 (32) — 第0位数据输入 │ * │ PIN_D1 (33) — 第1位数据输入 │ * │ PIN_D2 (25) — 第2位数据输入 │ * │ PIN_D3 (14) — 第3位数据输入 │ * │ │ * │ Qb输出（低电平有效，读时取反） │ * │ 行0: PIN_R0B0(13) R0B1(12) R0B2(19) R0B3(18) │ * │ 行1: PIN_R1B0(34) R1B1(35) R1B2(39) R1B3(36) │ * │ ↑GPIO34~39均为输入专用，无内部上拉 │ * └─────────────────────────────────────────────────┘ * * 扩展原理： * A0译码器、WE、en0/en1 与2×1完全相同 * 每个数据位独立一对 gs/gr/gq/gb NAND门 * 4对门并联共享同一条 en 和 D/~D 信号线 * WE脉冲同时写入4位，实现4位并行存取 */ // ── 控制信号 ──────────────────────────────────────────── constexpr uint8_t PIN_A0 = 26; // 地址选择 constexpr uint8_t PIN_WE = 27; // 写使能 // ── 4位数据输入 ───────────────────────────────────────── constexpr uint8_t PIN_D[4] = {32, 33, 25, 14}; // ── 行0 Qb输出引脚（4位）─────────────────────────────── constexpr uint8_t PIN_R0B[4] = {13, 12, 19, 18}; // ── 行1 Qb输出引脚（4位，GPIO34~39输入专用）──────────── constexpr uint8_t PIN_R1B[4] = {34, 35, 39, 36}; // ═══════════════════════════════════════════════════════ // 工具函数 // ═══════════════════════════════════════════════════════ void printBar(uint8_t filled, uint8_t total) { Serial.print(" ["); for (uint8_t i = 0; i < total; i++) Serial.print(i < filled ? "█" : "░"); Serial.print("] "); Serial.print((filled * 100) / total); Serial.println("%"); } void verdict(bool pass) { Serial.println(pass ? " ✔ 通过" : " ✘ 失败"); } void hr() { Serial.println(" ─────────────────────────────────────"); } /* 将4位nibble格式化为二进制字符串，便于阅读 */ void printNibble(uint8_t val) { Serial.printf("0b%u%u%u%u", (val >> 3) & 1, (val >> 2) & 1, (val >> 1) & 1, val & 1); } // ═══════════════════════════════════════════════════════ // 核心 SRAM 操作（4位并行） // ═══════════════════════════════════════════════════════ /* * 写入4位数据到指定行： * nibble 的 bit0~bit3 分别对应 D0~D3 * 4根D线同时设置，WE脉冲一次写入全部4位 */ void sramWrite(uint8_t addr, uint8_t nibble) { // 设置地址：HIGH→行0，LOW→行1 digitalWrite(PIN_A0, addr == 0 ? HIGH : LOW); // 同时设置4根数据线 for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) digitalWrite(PIN_D[b], (nibble >> b) & 1 ? HIGH : LOW); delayMicroseconds(20); // 数据建立时间 // WE脉冲：上升沿开门，下降沿锁存 digitalWrite(PIN_WE, HIGH); delayMicroseconds(50); // 脉冲宽度（仿真中适当延长） digitalWrite(PIN_WE, LOW); delayMicroseconds(200); // 锁存稳定时间 } /* * 读取指定行的4位数据： * 每位 Qb 低电平有效，取反后拼装成 nibble */ uint8_t sramRead(uint8_t addr) { const uint8_t* pins = (addr == 0) ? PIN_R0B : PIN_R1B; uint8_t result = 0; for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) { uint8_t qb = digitalRead(pins[b]); if (!qb) result |= (1 << b); // Qb=0 → Q=1 } return result; } /* 打印某行所有位的原始Qb电平（调试用） */ void printRawRow(uint8_t addr) { const uint8_t* pins = (addr == 0) ? PIN_R0B : PIN_R1B; Serial.printf(" 行%u Qb原始: [", addr); for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) Serial.printf("b%u=%u ", b, digitalRead(pins[b])); Serial.printf("] → Q = 0x%X = ", sramRead(addr)); printNibble(sramRead(addr)); Serial.println(); } // ═══════════════════════════════════════════════════════ // 预热：将所有8个锁存器复位到Q=0 // ═══════════════════════════════════════════════════════ void warmup() { Serial.println(); Serial.println("┌─────────────────────────────────────┐"); Serial.println("│ 系统预热初始化 │"); Serial.println("│ 8个锁存器全部复位 │"); Serial.println("└─────────────────────────────────────┘"); Serial.println(" 正在将行0、行1全部4位复位到 Q=0..."); Serial.println(); // 先将所有D线拉低 for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) digitalWrite(PIN_D[b], LOW); digitalWrite(PIN_WE, LOW); // 复位行0 Serial.println(" 复位行0（写入 0b0000）..."); sramWrite(0, 0x0); // 复位行1 Serial.println(" 复位行1（写入 0b0000）..."); sramWrite(1, 0x0); Serial.println(); Serial.println(" 交替写入全1/全0，稳定门电路节点："); for (int i = 0; i < 8; i++) { sramWrite(0, 0xF); sramWrite(1, 0xF); delay(1); sramWrite(0, 0x0); sramWrite(1, 0x0); delay(1); printBar(i + 1, 8); } Serial.println(); Serial.println(" ✔ 预热完成，8个锁存器状态稳定"); Serial.println(); } // ═══════════════════════════════════════════════════════ // 上电自检 POST（遍历2行×16种数据） // ═══════════════════════════════════════════════════════ bool runPOST() { Serial.println("┌─────────────────────────────────────┐"); Serial.println("│ 上电自检 (POST) │"); Serial.println("│ 2行 × 16种数据值 = 32组 │"); Serial.println("└─────────────────────────────────────┘"); Serial.println(); bool pass = true; uint8_t done = 0; const uint8_t total = 32; // 2行 × 16数据值 for (uint8_t a = 0; a < 2; a++) { Serial.printf(" ── 行%u 扫描 ──────────────────────\n", a); for (uint8_t d = 0; d < 16; d++) { sramWrite(a, d); uint8_t q = sramRead(a); bool ok = (q == d); if (!ok) pass = false; Serial.printf(" 行%u 写=", a); printNibble(d); Serial.printf(" 读="); printNibble(q); Serial.print(" "); verdict(ok); printBar(++done, total); } Serial.println(); } if (pass) { Serial.println(" ★ 所有32组测试通过，8个锁存器均正常"); } else { Serial.println(" ✘ 发现异常，请检查门电路连接"); } Serial.println(); return pass; } // ═══════════════════════════════════════════════════════ // 完整诊断 // ═══════════════════════════════════════════════════════ void runDiag() { Serial.println(); Serial.println("╔═════════════════════════════════════╗"); Serial.println("║ NAND-SR SRAM 2×4 完整诊断报告 ║"); Serial.println("╚═════════════════════════════════════╝"); Serial.println(); // ── [1] 初始状态 ────────────────────────────────────── Serial.println("── [1/6] 上电初始状态 ──────────────────"); printRawRow(0); printRawRow(1); hr(); Serial.println(); // ── [2] 行1 写入测试 ─────────────────────────────────── Serial.println("── [2/6] 行1 基本读写 ──────────────────"); uint8_t testVals[] = {0x0, 0xF, 0xA, 0x5}; for (uint8_t i = 0; i < 4; i++) { sramWrite(1, testVals[i]); uint8_t q = sramRead(1); Serial.printf(" 写="); printNibble(testVals[i]); Serial.printf(" 读="); printNibble(q); Serial.print(" "); verdict(q == testVals[i]); } hr(); Serial.println(); // ── [3] 行0 写入测试 ─────────────────────────────────── Serial.println("── [3/6] 行0 基本读写 ──────────────────"); for (uint8_t i = 0; i < 4; i++) { sramWrite(0, testVals[i]); uint8_t q = sramRead(0); Serial.printf(" 写="); printNibble(testVals[i]); Serial.printf(" 读="); printNibble(q); Serial.print(" "); verdict(q == testVals[i]); } hr(); Serial.println(); // ── [4] 行间隔离测试 ─────────────────────────────────── Serial.println("── [4/6] 双行隔离测试 ──────────────────"); Serial.println(" 写行0=0xA(1010)，行1=0x5(0101)，互不干扰"); sramWrite(0, 0xA); sramWrite(1, 0x5); { uint8_t q0 = sramRead(0), q1 = sramRead(1); Serial.printf(" 行0 读="); printNibble(q0); Serial.printf(" 期望=0xA "); verdict(q0 == 0xA); Serial.printf(" 行1 读="); printNibble(q1); Serial.printf(" 期望=0x5 "); verdict(q1 == 0x5); } Serial.println(); Serial.println(" 反向：写行0=0x3，行1=0xC"); sramWrite(0, 0x3); sramWrite(1, 0xC); { uint8_t q0 = sramRead(0), q1 = sramRead(1); Serial.printf(" 行0 读="); printNibble(q0); Serial.printf(" 期望=0x3 "); verdict(q0 == 0x3); Serial.printf(" 行1 读="); printNibble(q1); Serial.printf(" 期望=0xC "); verdict(q1 == 0xC); } hr(); Serial.println(); // ── [5] 数据保持测试 ─────────────────────────────────── Serial.println("── [5/6] 数据保持稳定性测试 ────────────"); Serial.println(" 写入后连续读取20次，验证8个锁存器不丢数"); sramWrite(0, 0x9); // 1001 sramWrite(1, 0x6); // 0110 bool ok = true; uint8_t passed = 0; for (int i = 0; i < 20; i++) { uint8_t q0 = sramRead(0), q1 = sramRead(1); bool cur = (q0 == 0x9 && q1 == 0x6); if (!cur) { ok = false; Serial.printf(" 第%2d次：行0=", i + 1); printNibble(q0); Serial.print(" 行1="); printNibble(q1); Serial.println(" ✘ 数据丢失！"); } else { passed++; } printBar(i + 1, 20); delayMicroseconds(100); } Serial.println(); Serial.printf(" 结果：%u/20 次正确 ", passed); verdict(ok); hr(); Serial.println(); // ── [6] 走格测试（逐位翻转验证无位间串扰）─────────────── Serial.println("── [6/6] 逐位走格测试 ──────────────────"); Serial.println(" 依次仅置1某一位，验证其余位不受影响"); bool pass = true; for (uint8_t a = 0; a < 2; a++) { Serial.printf(" 行%u：\n", a); for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) { uint8_t pattern = 1 << b; sramWrite(a, pattern); uint8_t q = sramRead(a); bool cur = (q == pattern); if (!cur) pass = false; Serial.printf(" 仅置位%u → 写=", b); printNibble(pattern); Serial.print(" 读="); printNibble(q); Serial.print(" "); verdict(cur); } } hr(); Serial.println(); // ── 总结 ────────────────────────────────────────────── Serial.println("╔═════════════════════════════════════╗"); if (pass && ok) { Serial.println("║ ★ 诊断完成：全部测试通过！ ║"); Serial.println("║ NAND-SR SRAM 2×4 工作正常 ║"); } else { Serial.println("║ ✘ 诊断完成：存在失败项 ║"); Serial.println("║ 请检查门电路连接与时序 ║"); } Serial.println("╚═════════════════════════════════════╝"); Serial.println(); } // ═══════════════════════════════════════════════════════ // 辅助命令 // ═══════════════════════════════════════════════════════ void dumpAll() { Serial.println(); Serial.println(" 地址 │ Q值(hex) │ Q值(bin)"); Serial.println(" ─────┼──────────┼─────────"); for (uint8_t a = 0; a < 2; a++) { uint8_t q = sramRead(a); Serial.printf(" %u │ 0x%X │ ", a, q); printNibble(q); Serial.println(); } Serial.println(); } void printHelp() { Serial.println(); Serial.println("╔══════════════════════════════════════════╗"); Serial.println("║ NAND-SR SRAM 2×4 命令菜单 ║"); Serial.println("╠══════════════════════════════════════════╣"); Serial.println("║ W <地址> <十六进制值> — 写入4位数据 ║"); Serial.println("║ 例：W 0 A → 行0写入0xA(1010) ║"); Serial.println("║ R <地址> — 读取4位数据 ║"); Serial.println("║ D — 显示两行内容 ║"); Serial.println("║ T — 运行上电自检 ║"); Serial.println("║ X — 运行完整诊断 ║"); Serial.println("║ H — 显示此帮助 ║"); Serial.println("╚══════════════════════════════════════════╝"); Serial.println(); } void handleCommand(const String& raw) { String cmd = raw; cmd.trim(); if (!cmd.length()) return; char op = toupper(cmd.charAt(0)); if (op == 'H') { printHelp(); } else if (op == 'D') { dumpAll(); } else if (op == 'T') { runPOST(); } else if (op == 'X') { runDiag(); } else if (op == 'W') { int a = -1, d = -1; // 支持十六进制输入，如 W 0 A 或 W 1 F if (sscanf(cmd.c_str() + 1, "%d %x", &a, &d) == 2 && a >= 0 && a <= 1 && d >= 0 && d <= 15) { sramWrite(a, (uint8_t)d); uint8_t q = sramRead(a); Serial.printf(" 写入：行%d 数据=0x%X(", a, d); printNibble(d); Serial.printf(") 读回=0x%X(", q); printNibble(q); Serial.print(") "); verdict(q == (uint8_t)d); } else { Serial.println(" 用法：W <0或1> <0~F> 例：W 0 A"); } } else if (op == 'R') { int a = -1; if (sscanf(cmd.c_str() + 1, "%d", &a) == 1 && a >= 0 && a <= 1) { uint8_t q = sramRead(a); Serial.printf(" 读取：行%d Q=0x%X(", a, q); printNibble(q); Serial.println(")"); } else { Serial.println(" 用法：R <0或1>"); } } else { Serial.printf(" 未知命令 '%c'，输入 H 查看帮助\n", op); } } // ═══════════════════════════════════════════════════════ // setup / loop // ═══════════════════════════════════════════════════════ void setup() { Serial.begin(115200); delay(500); // 控制线配置为输出 pinMode(PIN_A0, OUTPUT); pinMode(PIN_WE, OUTPUT); digitalWrite(PIN_A0, LOW); digitalWrite(PIN_WE, LOW); // 4根数据线全部配置为输出并拉低 for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) { pinMode(PIN_D[b], OUTPUT); digitalWrite(PIN_D[b], LOW); } // Qb输入引脚（行0行1各4个） for (uint8_t b = 0; b < 4; b++) { pinMode(PIN_R0B[b], INPUT); pinMode(PIN_R1B[b], INPUT); } delay(100); warmup(); runPOST(); printHelp(); Serial.println(" 系统就绪，等待命令..."); Serial.println(); } void loop() { if (Serial.available()) { handleCommand(Serial.readStringUntil('\n')); } }