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(chǎn)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(gòu)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(chǎn)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(chǎn)品，采用NOR技術制造，可用于存儲數(shù)據(jù)或程序代碼，其產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(gòu)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(gòu)成了用兩片紐扣電池驅(qū)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(chǎn)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(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

AT45DB161B的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)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(nèi)集成了兩個528字節(jié)的SRAM緩存，內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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?jīng)Q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(nèi)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(nèi)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(nèi)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?qū)懭霐?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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