串行DataFlash存儲器及其與單片機的接口

摘要：DataFlash是Atmel公司新推出的大容量串行Flash存儲器產品，具有體積小、容量大、功耗低和硬件接口簡單的特點，非常易于構成微型測量系統(tǒng)。本文重點介紹此類存儲器與單片機的接口，并給出實際的電路設計和軟件代碼示例。

1 概述

Flash存儲器按其接口可分為串行和并行兩大類。串行Flash存儲器大多采用I2C接口或SPI接口進行讀寫；與并行Flash存儲器相比，所需引腳少、體積小、易于擴展、與單片機或控制器連接簡單、工作可靠，所以串行Flash存儲器越來越多地用在各類電子產品和工業(yè)測控系統(tǒng)中。

DataFlash是美國Atmel公司新推出的大容量串行Flash存儲器產品，采用NOR技術制造，可用于存儲數(shù)據(jù)或程序代碼，其產品型號為AT45DBxxxx。此系列存儲器容量較大，從1Mb～256Mb；封裝尺寸小，最小封裝型式（CBGA）尺寸為6mm×8mm；采用SPI接口進行讀寫，硬件連線少；內部頁面尺寸較小，8Mb容量的頁面尺寸為264字節(jié)，16Mb和32Mb容量的頁面尺寸為512字節(jié)，64Mb容量的頁面尺寸為1056字節(jié)，128Mb容量和256Mb容量的頁面尺寸為2112字節(jié)。另外，AT45DBxxxx系列存儲器內部集成了兩個與主存頁面相同大小的SRAM緩存，極大地提高了整個系統(tǒng)的靈活性，簡化了數(shù)據(jù)的讀寫過程。此外，AT45DBxxxx系列存儲器工作電壓較低，只需2.7～3.6V；整個芯片的功耗也較小，典型的讀取電流為4mA，待機電流僅為2μA。所有這些特點使得此系列存儲器非常適合于構成微型、低功耗的測控系統(tǒng)。筆者就使用AT45DB161B存儲器和PIC16LC73B單片機及微型壓力傳感器構成了用兩片紐扣電池驅動的微型壓力測量裝置，其外形尺寸僅為φ10mm×20mm。

2 芯片簡介

2.1 引腳排列和功能

AT45DB161B為DataFlash系列中的中檔產品，單片容量為16Mb。其引腳排列如圖1所示，引腳功能如表1所列。

表1 AT45DB161B引腳功能

引腳名稱功能描述CS片選SCK串行時鐘SI串行輸入SO串行輸出WP頁面寫保護RESET復位RDY/BUSY準備好/忙NC未使用

2.2 芯片內部邏輯結構

AT45DB161B的內部邏輯結構分為三個部分：存儲器頁陣列（主存）、緩存與I/O接口。AT45DB161B的存儲頁面大小為528字節(jié)，整個存儲器共分為4096頁，片內集成了兩個528字節(jié)的SRAM緩存，內部邏輯結構如圖2所示。

3 存儲器讀寫接口

3.1 SPI接口及操作模式

AT45DB161B存儲器采用SPI接口進行讀寫。SPI接口是一種通用串行接口總線，字長為8位，用來與外部設備（例如EEPROM、A/D轉換器等）進行通信。SPI接口利用SCK、SI和SO三根線進行數(shù)據(jù)的讀/寫。其中，SCK為時鐘信號，SI和SO為數(shù)據(jù)輸入和輸出線。AT45DB161B的SCK引腳的時鐘信號必須由外部單片機或控制器輸入，讀/寫命令字由SI引腳輸入，數(shù)據(jù)由SO引腳輸出。

SPI接口共有四種操作模式，分別為0、1、2和3。SPI操作模式決定了設備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時的時鐘相位和極性，即決定了時鐘信號的上升和下降沿與數(shù)據(jù)流行方向之間的關系，如圖3所示。

DataFlash系列存儲器僅支持使用得最為廣泛的SPI模式0和3。在這兩種模式下，SCK信號的上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸入，下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸出。二者的區(qū)別是SCK信號的起始電平不同。

3.2 存儲器命令接口與狀態(tài)機

除了基本存儲單元外，DataFlash系列存儲器內部還包括命令用戶接口CUI（Command User Interface）和狀態(tài)機。CUI接收用戶軟件的操作命令，將其翻譯成狀態(tài)機內部操作碼并進行命令的有效性檢驗。狀態(tài)機控制存儲器所有的內部操作，包含一個8位的狀態(tài)寄存器（status register），用來指示設備的操作狀態(tài)。向存儲器輸入讀狀態(tài)寄存器命令可將狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)從最高位開始依次讀出。狀態(tài)寄存器各位的意義如表2所列。

表2 狀態(tài)寄存器各位定義

位7位6位5位4位3準備好/忙比較容 量位2位1位0　將來使用

3.3 存儲器操作命令及其模式

為了使存儲器進行所需的操作，例如讀、寫、擦除等，必須從SI引腳輸入相應的操作命令，然后從SO或SI引腳讀取或寫入數(shù)據(jù)。除讀狀態(tài)寄存器命令外，所有的命令格式為：1字節(jié)操作碼 3字節(jié)地址碼。操作碼指示所需的操作，DataFlash系列節(jié)地址碼用來尋址存儲器頁陣列或緩存。圖4為AT45DB161B的讀/寫命令格式。

4 存儲器與單片機接口實例

4.1

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