大容量NORFlash與位單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)方案

1、大容量 NOR Flash 與 8 位單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)引言Flash 存儲(chǔ)器又稱(chēng)閃速存儲(chǔ)器，是20 世紀(jì) 80 年代末逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新型半導(dǎo)體不揮發(fā)存儲(chǔ)器。它兼有RAMF口 ROM勺特點(diǎn)，既可以在線擦除、改寫(xiě)，又能夠在掉電后保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。 NOR Flash是 Flash 存儲(chǔ)器中最早出現(xiàn)的一個(gè)品種，與其他種類(lèi)的 Flash 存儲(chǔ)器相比具有以下優(yōu)勢(shì)：可靠性高、隨機(jī)讀取速度快，可以單字節(jié)或單字編程，允許CPUt接從芯片中讀取代碼執(zhí)行等。因此 NORFlash 存儲(chǔ)器在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中占有非常重要的地位。本文以SST公司的NOR Flash芯片SST39SF04僑口 MCS-5憚片機(jī)為例

2、，針對(duì)大容量NORFlashft 8位低檔單片機(jī)中應(yīng)用的特殊性，詳細(xì)介紹 了其接口硬件和接口軟件的設(shè)計(jì)方法。1 SST39SF040芯片介紹SST39SF04混SST公司最近推出的一種基于SuperFlash技術(shù)的NORFlash存儲(chǔ)器，屬于SST公司并行閃速存儲(chǔ)器系列；適用于需要程序在線寫(xiě)入或大容量、非易失性數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)的場(chǎng)合。1.1 芯片內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)和外部引腳元、行譯碼器、列譯碼器、地址緩沖與鎖存器、輸入輸出緩沖和數(shù)據(jù)鎖存器以及控制邏輯電路等部分組成。圖 2 是其外部引腳分布圖，其中A18HA0為地址線，CE為芯片選通信號(hào)，OEM作為讀信 號(hào)，W時(shí)寫(xiě)信號(hào)，DQA DQ媯數(shù)據(jù)線。1.2 芯片

3、的主要特性 容量為512 KB,按512Kx 8位結(jié)構(gòu)組織。 采用單一的5 V電源供電，編程電源VPP在芯片內(nèi)部產(chǎn)生。 芯片可反復(fù)擦寫(xiě) 100 000 次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間為 100 年。 工作電流典型值為10 mA,待機(jī)電流典型值為30 wA。 扇區(qū)結(jié)構(gòu)：扇區(qū)大小統(tǒng)一為4 KB 。 讀取、擦除和字節(jié)編程時(shí)間的典型值：數(shù)據(jù)讀取時(shí)間為 4570 ns;扇區(qū)擦除時(shí)間為18 ms,整片擦除時(shí)間為70 ms;字節(jié)編程時(shí)間 為 14 So 有記錄內(nèi)部擦除操作和編程寫(xiě)入操作完成與否的狀態(tài)標(biāo)志位。 具有硬、軟件數(shù)據(jù)保護(hù)功能。 具有地址和數(shù)據(jù)鎖存功能。DQ7-DQ012 34 56 7 L1I n U 匚匚匚匚匚

4、匚匚目目目匚匚U86 52 765-4 3510 12 S 卻用：A%?:,湍AIAJMAS部舞 8跳 rninnnn弓nnnnnnnn 3231M M2S27%2S2423M2IMR1KJ7 一 置：IS6E1S5圖1 SST3SSF040內(nèi)部圖2SS7395F040外部功能鰭構(gòu)相圍引褂分布圖1.3 芯片的操作1.3.1 芯片的軟件操作命令序列SST39SF040勺軟件操作可以分成兩類(lèi)：普通讀操作和命令操作。普通讀操作非常簡(jiǎn)單，與 RAM勺讀操作類(lèi)似，當(dāng)O訝口 CE信號(hào)同時(shí) 為低電平時(shí)，即可從芯片讀出數(shù)據(jù)。芯片的命令操作包括芯片的識(shí)別、字節(jié)編程、扇區(qū)擦除以及整片擦 除等。這些操作分別由各自的

5、軟件操作命令序列來(lái)完成，如表 1所 列。其中，BA為待編程字節(jié)的地址，Data為字節(jié)編程數(shù)據(jù)，SAX為 待擦除扇區(qū)的地址。命令中的地址只有低 15位有效，高4位可任意 設(shè)置為“0”或“1”。ft 1 SSH9SF040軟件修作命令序列序列事】個(gè)羽崗期第2十耳周珥犯3+n；&川|掂平看葡耦電,T4周明地址敷景地圻撾址土虺就電用.地*.BA出址, nw5期 HAAH-DM| ADHEi.A星國(guó)福蹺55-5 H2AAAH普H褊第H和H非斜吊心H1s.JOH餐用*就AAH弱H匕卜|都甘j靠樂(lè)HAAH2AAAI-i55 HHKHloll牧博m入日55 54 HAAIIJXAA.H幺Htttt ioa 出

6、 1印】心港事2SSViHEhMAMI55 H對(duì)HFOH組成的。以SST39SF040勺扇區(qū)擦除為例，其操作過(guò)程包括 3個(gè)步驟：第 1 步，開(kāi)啟擦除方式，用表1 中給出的第 1 至第 5 周期的總線寫(xiě)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)；第2步，裝載扇區(qū)擦除命令（30H和待擦除扇區(qū)的地址，用其對(duì)應(yīng)的第 6 周期的總線寫(xiě)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)；第 3 步，進(jìn)行內(nèi)部擦除。內(nèi)部擦除時(shí)間最長(zhǎng)為25 ms?？偩€寫(xiě)操作時(shí)，OE必須保持為高電平，CE和WES為低電平。地址 和數(shù)據(jù)的鎖存由CE和WEK個(gè)信號(hào)的邊沿進(jìn)行控制。它們當(dāng)中后出 現(xiàn)的下降沿將鎖存地址，先出現(xiàn)的上升沿將鎖存數(shù)據(jù)。1.3.2 字節(jié)編程和擦除操作的狀態(tài)檢測(cè)芯片在進(jìn)行內(nèi)部字節(jié)編程或

7、擦除操作時(shí)都需要花費(fèi)一定的時(shí)間，雖然可以采用固定的延時(shí)來(lái)等待這些操作的完成，但為了優(yōu)化系統(tǒng)的字節(jié)編程和擦除操作時(shí)間，以及時(shí)判斷內(nèi)部操作的完成與否，SST39SF04提供了兩個(gè)用于檢測(cè)的狀態(tài)位，即跳變位 DQ褥口數(shù)據(jù)查 詢(xún)位DQ7在芯片進(jìn)行內(nèi)部操彳W,只要根據(jù)圖 3的流程對(duì)DQ減 者DQ7a行查詢(xún)就能及時(shí)作出判斷。2 SST39SF04歸 MCS-51 的接 口設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)就是搭建合適的接口電路，將 SST39SF0401接到MCS-51 的系統(tǒng)總線上。根據(jù)SST39SF04卸MCS-51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特 性，我們發(fā)現(xiàn)SST39SF040勺數(shù)據(jù)線和讀、寫(xiě)信號(hào)線可以很容易地連 接到MCS-51的

8、系統(tǒng)總線上，所以要考慮的主要問(wèn)題是 SST39SF040 地址線的連接。由于其容量已經(jīng)超出了 MCS-51的尋址范圍，19根 地址線無(wú)法全部連接到MCS-51的地址總線上，因此必須在該系統(tǒng)中 進(jìn)行進(jìn)一步的存儲(chǔ)器擴(kuò)展。存儲(chǔ)器擴(kuò)展通常可利用單片機(jī)空閑的I/ O 口線作為頁(yè)面地址輸出引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是許多應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中， 單片機(jī)的I/O口線都是非常緊張的，在沒(méi)有多余的I/O口線時(shí)， 頁(yè)面地址就必須提前從數(shù)據(jù)總線輸出并存放在鎖存器中備用。具體 做法是：將鎖存器直接掛在數(shù)據(jù)總線上，為其安排一個(gè)I/O地址，從而構(gòu)成頁(yè)面寄存器，在訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，提前將頁(yè)面地址作為數(shù)據(jù) 寫(xiě)入頁(yè)面寄存器即可。Ty(a) DQ6青的波

9、程讀出字節(jié)由)DQ71S詢(xún)施程圖3內(nèi)郵操作等待查詢(xún)流程根據(jù)以上分析可設(shè)計(jì)出SST39SF040f MCS-51之間的接口電路，如圖4所示。本系統(tǒng)中，將512 KB的存儲(chǔ)器分為32頁(yè)面，每頁(yè)大小為16 KB。由此可得，頁(yè)面地址需要 5位，頁(yè)內(nèi)偏移量需要14位。頁(yè)面地址的給出是在進(jìn)行存儲(chǔ)器訪問(wèn)之前完成的，具體的方法是：用一條 MOVX”命令將頁(yè)面地址輸出至U鎖存器 74LS374中，再由74LS374將頁(yè)面地址保持在存儲(chǔ)器的地址引腳 A14A18上。頁(yè)內(nèi)偏移量則直接在存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)命令中給出，執(zhí)行命令時(shí)，低8位地址A0A7從P0 口輸出到74LS373中保持；地址 A8A13則由單片機(jī)的P2.0P2

10、.5直接提供。以上分時(shí)輸出的地址信號(hào) A0A18將在讀/寫(xiě)控制信號(hào)開(kāi)始作用后，同時(shí)有效，以實(shí)現(xiàn)對(duì)SST39SF040勺512K睦地址空間的訪問(wèn)。P2.6和P2.7分別用作SKT39SF04儕口鎖存器74LS374的片選信號(hào)，SST39SF040勺片選信號(hào)地址范圍是8000HH BFFFH 74LS374的片選信號(hào)地址范圍是 4000HH 7FFFHMCS 51SST3SF(M0國(guó)4 接口電路圖2.2軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)就是編寫(xiě)對(duì)SST39SF040勺操作程序，包括字節(jié)讀出、扇區(qū)或整片擦除以及字節(jié)編程等。下面給出第1個(gè)扇區(qū)的擦除程序，其中DELAY25 25 ms延時(shí)子程序，其他操作程序可參照編寫(xiě)。

11、程序編寫(xiě)過(guò)程中的難點(diǎn)是，如何將 SST39SF04沖待訪問(wèn)的單元地址 進(jìn)行分解并對(duì)應(yīng)到讀寫(xiě)命令中去。以扇區(qū)擦除操作的第1個(gè)命令為例，該命令的功能是將數(shù)據(jù) AA不入地址5555H中。對(duì)于地址 5555H 其最高5位A18A14是01H 低14位A13A0為155514 最高5位地址決定的頁(yè)面號(hào)必須先作為數(shù)據(jù)寫(xiě)入鎖存器74LS374中，再將數(shù)據(jù)AAH?入該頁(yè)中由低14位地址決定的單元。寫(xiě)入頁(yè)面 號(hào)時(shí)，指令中的地址可在 4000H7FFFME圍內(nèi)任選一個(gè)，即選中鎖 存器74LS374;寫(xiě)人數(shù)據(jù)AAH寸，指令中的地址可由低14位地址 1555H加上8000H得到，其值為 9555H第1扇區(qū)擦除程序代碼

12、如下：EEASE.11MOV DPTR. 8 4000 MOV frOlH MOVX DPTR,A 港 送鎖存作為最商的5位姆址 MOV DFTR, i9555H 中的最高2 ft為片選信號(hào),效余為地址A1J-A0 MQV Ar#OAAH DPTR，A ；將數(shù)據(jù)AAH裝入5556H地址 MOVMOV AM OOH MOVX DrTM,A Mt)V DFFR, OAAAAH MC1V A. #55H MOVX 0PTK.A .將數(shù)據(jù)55H裝入認(rèn)AAH地址 MOV OfTR. 4000 MOVA1 01HMOVX DPTR,A MOVDPTR.g 555HMOV A, #80H MOVX DPTR.A f梆數(shù)據(jù)HOH裝入5555H地址 MOV A.#0AAH MUVX 刨滬IE r A z將數(shù)據(jù).hAH裝人6555 H地址 MOV DPT It. 4000 MOV A.#CQH MOVX DPTR.A MOV DPTR. iiCAAAAII MOV A, 特55H MOV