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串行DataFlash存储器及其和单片机的接口
串行DataFlash存储器及其和单片机的接口 DataFlash是Atmel公司新推出的大容量串行Flash存储器产品,具有体积小、 容量大、功耗低和硬件接口简单的特点,非常易于构成微型测量系统。本文重点 介绍此类存储器与单片机的接口,并给出实际的电路设计和软件代码示例。关键词:串行Flash存储器 接口 AT45DB161B 1 概述 Flash存储器按其接口可分为串行和并行两大类。串行Flash存储器大多采 用I2C接口或SPI接口进行读写;与并行Flash存储器相比,所需引脚少、体积小、易 于扩展、与单片机或控制器连接简单、工作可靠,所以串行Flash存储器越来越多 地用在各类电子产品和工业测控系统中。
DataFlash是美国Atmel公司新推出的大容量串行Flash存储器产品,采用 NOR技术制造,可用于存储数据或程序代码,其产品型号为AT45DBxxxx。此系列 存储器容量较大,从1Mb~256Mb;封装尺寸小,最小封装型式(CBGA)尺寸为 6mm×8mm;采用SPI接口进行读写,硬件连线少;内部页面尺寸较小,8Mb容量的页 面尺寸为264字节,16Mb和32Mb容量的页面尺寸为512字节,64Mb容量的页面尺 寸为1056字节,128Mb容量和256Mb容量的页面尺寸为2112字节。另 外,AT45DBxxxx系列存储器内部集成了两个与主存页面相同大小的SRAM缓存, 极大地提高了整个系统的灵活性,简化了数据的读写过程。此外,AT45DBxxxx系 列存储器工作电压较低,只需2.7~3.6V;整个芯片的功耗也较小,典型的读取电流为 4mA,待机电流仅为2μA。所有这些特点使得此系列存储器非常适合于构成微型、 低功耗的测控系统。笔者就使用AT45DB161B存储器和PIC16LC73B单片机及微 型压力传感器构成了用两片纽扣电池驱动的微型压力测量装置,其外形尺寸仅为 φ10mm×20mm。
2 芯片简介 2.1 引脚排列和功能 AT45DB161B为DataFlash系列中的中档产品,单片容量为16Mb。其引脚排 列如图1所示,引脚功能如表1所列。
表1 AT45DB161B引脚功能引脚名称功能描述CS片选SCK串行时钟SI串行输入SO串行输出WP页面 写保护RESET复位RDY/BUSY准备好/忙NC未使用 2.2 芯片内部逻辑结构 AT45DB161B的内部逻辑结构分为三个部分:存储器页阵列(主存)、缓存与 I/O接口。AT45DB161B的存储页面大小为528字节,整个存储器共分为4096页,片 内集成了两个528字节的SRAM缓存,内部逻辑结构如图2所示。
3 存储器读写接口 3.1 SPI接口及操作模式 AT45DB161B存储器采用SPI接口进行读写。SPI接口是一种通用串行接口 总线,字长为8位,用来与外部设备(例如EEPROM、A/D转换器等)进行通信。SPI 接口利用SCK、SI和SO三根线进行数据的读/写。其中,SCK为时钟信号,SI和SO 为数据输入和输出线。AT45DB161B的SCK引脚的时钟信号必须由外部单片机或 控制器输入,读/写命令字由SI引脚输入,数据由SO引脚输出。
SPI接口共有四种操作模式,分别为0、1、2和3。SPI操作模式决定了设备 接收和发送数据时的时钟相位和极性,即决定了时钟信号的上升和下降沿与数据 流行方向之间的关系,如图3所示。
DataFlash系列存储器仅支持使用得最为广泛的SPI模式0和3。在这两种模 式下,SCK信号的上升沿触发数据输入,下降沿触发数据输出。二者的区别是SCK 信号的起始电平不同。
3.2 存储器命令接口与状态机 除了基本存储单元外,Da 表2 状态寄存器各位定义 位7位6位5位4位3准备好/忙比较容 量位2位1位0 将来使用 3.3 存储器操作命令及其模式 为了使存储器进行所需的操作,例如读、写、擦除等,必须从SI引脚输入相应的操作命令,然后从SO或SI引脚读取或写入数据。除读状态寄存器命令外,所有 的命令格式为:1字节操作码+3字节地址码。操作码指示所需的操作,DataFlash系 列节地址码用来寻址存储器页阵列或缓存。图4为AT45DB161B的读/写命令格式。
4 存储器与单片机接口实例 4.1 硬件电路 DataFlash系列存储器几乎可以和任何类型的单片机接口,无论单片机是否 有SPI接口。当然,如果单片机有SPI接口,那么存储器读/写程序就相对简单些;如果 单片机没有SPI接口,则可以用软件仿真SPI接口与存储器通信。
图5为微型压力测量系统的一部分。存储器采用AT45DB161B-TC,TSOD封 装;单片机为美国Microchip公司的PIC16LC73B-04/SS,SSOP封装。单片机采用软 件仿真SPI接口的方式与存储器通信,存储器工作于SPI模式0。
4.2 AT45DB161B存储器读/写子程序 DataFlash系列存储器可以按地址从低到高顺序读写,也可以随机读写任一 字节的数据。对于顺序读数据,可以使用连续读主存页阵列命令(操作码68H或 E8H)从给定的起始地址开始连续读出,中间不需用户干预,也可使用读单页主存 命令(操作码52H或D2H),自行提供页地址读取数据。对于顺序写数据,可以使用通 过缓存写主存页命令(操作码82H或85H),直接将数据写入主存;也可以先使用写 缓存命令(操作码84H或87H),将数据写入缓存,在适当的时刻再使用缓存写主存页 命令(操作码83H或86H),将缓存中的数据写入主存,如图6所示。使用何种方式读写 取决于特定的应用场合与要求。
下面的子程序为顺序读/写存储器的例子。子程序spiwt采用了通过缓存写 主存页的方法,向存储器写入1字节数据。顺序读存储器子程序spicrd采用了边疆 读主存页阵列命令。从给定地址处连续读出数据,用图5所示的PIC16LC73B单片 机汇编语言编写,使用MPLAB5.4.00编译器编译通过并烧写入单片机,按图5所示 系统实测通过。
;顺序写子程序,用spiwt名称调用 spiwt bcf STATUS,RP0 bcf PORTB,SCK ;模式0bcf PORTB,cs ;片选 movlw 82H ;加载操作码 movwf spi_out ;置入寄存器 call spiout ;调用子程序输出操作码
