單片機(jī)大容量FLASHRAM的擴(kuò)展

微機(jī)監(jiān)控設(shè)備常常需要對監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時記錄，以便于事后分析處理，為事故分析、設(shè)備故障診斷和維修提供準(zhǔn)確可靠的信息，如飛機(jī)“黑匣子”、列車“運行記錄器”等。數(shù)據(jù)信息的記錄需要大數(shù)據(jù)容量和實時快速的讀寫速度，以及在掉電和復(fù)位等干擾下的可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)。現(xiàn)在一般采用非易失性RAM（NVRAM）為存儲介質(zhì)，其缺點是沒有硬件和軟件寫保護(hù)，在強(qiáng)干擾下，程序誤寫的概率大。

新型閃速存儲器（FLASHRAM）由于同時具有EPROM的可編程能力和EEPROM的電可擦寫功能，又能像SRAM一樣進(jìn)行隨機(jī)快速訪問，因而越來越多的受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。28F040是一個容量為512K×8Bit可塊擦除、字節(jié)編程的EEPROM，其擦除、編程電壓均為5V。

美國SST公司FLASHRAM28S040的性能特點及技術(shù)參數(shù)
（1）單電源5V供電
（2）容量512×8Bit
（3）數(shù)據(jù)保存時間大于10年
（4）重復(fù)擦寫次數(shù)典型值100，000次
（5）可分塊擦除每塊256字節(jié)
（6）可進(jìn)行硬件及軟件定寫保護(hù)
（7）快速讀取時間（150～200）ns

其引腳功能如下：A0～A18為地址線，A0～A7選擇一塊數(shù)據(jù)中的某個字節(jié)，A8～A18是塊地址。DQ7～DQ0為數(shù)據(jù)I/O總線，讀周期輸出數(shù)據(jù)，在寫周期接收數(shù)據(jù)。CE為片先線，低電平時芯片被選中。OE為輸出使能端。 WE為寫信號使能端。VCC為電源，接+5V；VSS接地。

28SF040是一個容量為512Kbyte的CMOS快速閃存，可塊擦除、字節(jié)編程的EEPROM，與現(xiàn)存的EPROM、EEPROM兼容。它非常適合用程序和數(shù)據(jù)重復(fù)寫入的場合。對這種系統(tǒng)的應(yīng)用來說，28SF040可提高性能和穩(wěn)定性。

FLASHRAM與80C196單片機(jī)接口實例

28SF040 是容量并行存儲器共計512Kbyte，而80C196全部尋址空間僅為64Kbyte，因此直接尋址大于64Kbyte的存儲器是不行的，需要采用分而擴(kuò)展技術(shù)，即CPU只提供大容量存儲器的低位地址線，如A0～A12，而高位地址線A13～A18則通過擴(kuò)展的CPU的I/O口來分頁尋址。

1.分頁擴(kuò)展28SF040原理框圖

圖1中單片機(jī)采用Intel垢80C196，其P1口的P1.0～P1.5來控制分頁碼* （0～63）。74HC138譯碼給28SF040的片選，其地址空間為8000H～9FFFH（也可以是4000～5FFFH等其他CPU 8K的地址空間），圖中74HC373為地址鎖存器。

有關(guān)地址描述如下：

[A15,A14,A13]通過138譯碼后形成8Kbyte空間的譯碼線對28SF040進(jìn)行片選。

28SF040 共512Kbyte的空間，可分為64個8Kbyte，即64頁，每頁8Kbyte的空間。其中，28SF040的[A12,A11,…，A0]地址線直接與CPU的[A12,A11,…,A0]相接，高位地址線[A18,A17,A16,A15,A14,A13]通過CPU P1口的[P1.5,P1.4,P1.3,P1.2,P1.1,P1.0]進(jìn)行頁選。

2.FLASHRAM指定空間的尋址

在數(shù)據(jù)記錄和轉(zhuǎn)儲過程中，有時需要對FLASHRAM特定的地址單元進(jìn)行讀寫操作，如FLASHRAM的軟件寫保護(hù)等。下面以對FLASHRAM的紅外線對地址15555H單元尋址為例，介紹對特定地址尋址。

15555H 是FLASHRAM28SF040的絕對地址，對于CPU來說，其尋址包括兩部分，一是CPU的直接尋址區(qū)，即地址線A0～A12，直接和 FLASHRAM的地址線A0～A12相接，其值為[1010101010101],另一部分是CPU的譯碼地址，即地址線A13'～A15'，沒有和 FLASHRAM相接，用于系統(tǒng)譯碼片選FLASHRAM，其值為[100],因此CPU的地址為[1001010101010101]=9555H。

P1口直接和FLASHRAM的A13～A18相接，等于[001010]=0AH。

FLASHRAM的軟件操作

FLASHRAM的讀寫包括塊擦除（Sector_Erase）、芯片擦除（Chip_Erase）、字節(jié)編程、復(fù)位、讀ID號、軟件數(shù)據(jù)寫保護(hù)、軟件數(shù)據(jù)寫保護(hù)打開。其命令字如下表：

（1）進(jìn)行塊擦除操作首先要寫一個特征字，然后再發(fā)送塊擦除命令。特征字為20H，表明以下將擦除一塊數(shù)據(jù)區(qū)中256個字節(jié)的內(nèi)容。塊擦除命令為20H，其操作在寫信號的上升沿開始。

（2）芯片擦除操作的特片字和命令字均為30H，其操作將擦除28SF040全部內(nèi)容。

（3）字節(jié)編程操作的特征字為10H。

例如，對某一字節(jié)的寫入，應(yīng)首先判斷芯片是否處于寫保護(hù)打開狀態(tài)（Unprotected），然后判斷是否到了新的一頁即下一頁，如果是，先把此頁全部內(nèi)容擦除。然后寫特征字10H，寫數(shù)據(jù)DATA，之后進(jìn)行兩次讀操作，若讀出內(nèi)容相同，則認(rèn)為該字節(jié)已寫入數(shù)據(jù)完成；若D7狀態(tài)跳變，則說明寫過程還未完成。

（4）復(fù)位命令能夠安全地終止擦除或編程命令。在擦除或編程命令后執(zhí)行復(fù)位命令字FFH即能安全終止擦除或編程操作，存儲器的內(nèi)容不會被改變。執(zhí)行復(fù)位命令后，芯片返回讀狀態(tài)。

（5）讀ID號操作的特征字為90H。地址0000H的輸出廠商代碼BFH，地址0001H輸出芯片代碼04H，任何其它有效的命令均會終止這一操作。

（6）軟件數(shù)據(jù)保護(hù)是為了防止對存儲器意外的寫入數(shù)據(jù)或擦除數(shù)據(jù)，每一操作都包含兩個命令字，一個為特片字，跟隨一個執(zhí)行命令字。軟件數(shù)據(jù)寫保護(hù)是一個整體的命令字，對芯片的整個存儲陣列有效。

結(jié)論

由于FLASHRAM 28SF040具有與單片機(jī)接口簡單、容量大以及非易失的特點，所以非常適合于作為便攜式數(shù)據(jù)記錄產(chǎn)品。本文介紹的技術(shù)已經(jīng)成功地用于機(jī)車隨車質(zhì)量狀態(tài)診斷記錄儀，其中擴(kuò)展了兩片28F040的FLASHRAM，共計8Mbit，對32路機(jī)車運行質(zhì)量狀態(tài)參數(shù)每隔5S記錄一次，記錄時間長達(dá)5～6天，在一年半的實際運行中狀態(tài)穩(wěn)定，具有體積小，性能價格比高的特點。