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(jiǎn)單的特點(diǎn)，非常易于構成微型測量系統。本文重點(diǎn)介紹此類(lèi)存儲器與單片機的接口，并給出實(shí)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(lèi)。串行Flash存儲器大多采用I2C接口或SPI接口進(jìn)行讀寫(xiě)；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(jiǎn)單、工作可靠，所以串行Flash存儲器越來(lái)越多地用在各類(lèi)電子產(chǎn)品和工業(yè)測控系統中。

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(shù)制造，可用于存儲數據或程序代碼，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(jìn)行讀寫(xiě)，硬件連線(xiàn)少；內部頁(yè)面尺寸較小，8Mb容量的頁(yè)面尺寸為264字節，16Mb和32Mb容量的頁(yè)面尺寸為512字節，64Mb容量的頁(yè)面尺寸為1056字節，128Mb容量和256Mb容量的頁(yè)面尺寸為2112字節。另外，AT45DBxxxx系列存儲器內部集成了兩個(gè)與主存頁(yè)面相同大小的SRAM緩存，極大地提高了整個(gè)系統的靈活性，簡(jiǎn)化了數據的讀寫(xiě)過(guò)程。此外，AT45DBxxxx系列存儲器工作電壓較低，只需2.7～3.6V；整個(gè)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(diǎn)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。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(dòng)的微型壓力測量裝置，其外形尺寸僅為φ10mm×20mm。

2 芯片簡(jiǎn)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(chēng)功能描述CS片選SCK串行時(shí)鐘SI串行輸入SO串行輸出WP頁(yè)面寫(xiě)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(gè)部分：存儲器頁(yè)陣列（主存）、緩存與I/O接口。AT45DB161B的存儲頁(yè)面大小為528字節，整個(gè)存儲器共分為4096頁(yè)，片內集成了兩個(gè)528字節的SRAM緩存，內部邏輯結構如圖2所示。

3 存儲器讀寫(xiě)接口

3.1 SPI接口及操作模式

AT45DB161B存儲器采用SPI接口進(jìn)行讀寫(xiě)。SPI接口是一種通用串行接口總線(xiàn)，字長(cháng)為8位，用來(lái)與外部設備（例如EEPROM、A/D轉換器等）進(jìn)行通信。SPI接口利用SCK、SI和SO三根線(xiàn)進(jìn)行數據的讀/寫(xiě)。其中，SCK為時(shí)鐘信號，SI和SO為數據輸入和輸出線(xiàn)。AT45DB161B的SCK引腳的時(shí)鐘信號必須由外部單片機或控制器輸入，讀/寫(xiě)命令字由SI引腳輸入，數據由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)送數據時(shí)的時(shí)鐘相位和極性，即決定了時(shí)鐘信號的上升和下降沿與數據流行方向之間的關(guān)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)數據輸入，下降沿觸發(fā)數據輸出。二者的區別是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(hù)接口CUI（Command User Interface）和狀態(tài)機。CUI接收用戶(hù)軟件的操作命令，將其翻譯成狀態(tài)機內部操作碼并進(jìn)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(gè)8位的狀態(tài)寄存器（status register），用來(lái)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)寄存器的數據從最高位開(kāi)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(lái)使用

3.3 存儲器操作命令及其模式

為了使存儲器進(jìn)行所需的操作，例如讀、寫(xiě)、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(xiě)入數據。除讀狀態(tài)寄存器命令外，所有的命令格式為：1字節操作碼 3字節地址碼。操作碼指示所需的操作，DataFlash系列節地址碼用來(lái)尋址存儲器頁(yè)陣列或緩存。圖4為AT45DB161B的讀/寫(xiě)命令格式。

4 存儲器與單片機接口實(shí)例

4.1

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