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(duì)監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yùn)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(shí)時(shí)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)?，F(xiàn)在一般采用非易失性RAM(NVRAM)為存儲(chǔ)介質(zhì)，其缺點(diǎn)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(chǔ)器（FLASHRAM)由于同時(shí)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(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注和應(yīng)用。28SF040是一個(gè)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。

（1）單電源5V供電

（2）容量512K×8Bit

（3）數(shù)據(jù)保存時(shí)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)行硬件及軟件寫保護(hù)

（7）快速讀取時(shí)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(gè)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為片選線，低電平時(shí)芯片被選中。OE為輸出使能端。WE為寫信號(hào)使能端。VCC為電源，接＋5V；VSS接地。

28SF040是一個(gè)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。它非常適合用在程序和數(shù)據(jù)重復(fù)寫入的場(chǎng)合。對(duì)這種系統(tǒng)的應(yīng)用來說，28SF040可提高性能和穩(wěn)定性。

28SF040是大容量并行存儲(chǔ)器共計(jì)512KByte,而80C196全部尋址空間僅為64KByte，因此直接尋址大于64KByte的存儲(chǔ)器是不行的，需要采用分頁擴(kuò)展技術(shù)，即CPU只提供大容量存儲(chǔ)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。

圖1中單片機(jī)采用Intel的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(duì)28SF040進(jìn)行片選。

28SF040 共有512KByte的空間，可分為64個(gè)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。

在數(shù)據(jù)記錄和轉(zhuǎn)儲(chǔ)過程中，有時(shí)需要對(duì)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(duì)FLASHRAM的絕對(duì)地址15555H單元尋址為例，介紹對(duì)特定地址尋址。

15555H是FLASHRAM28SF040的絕對(duì)地址，對(duì)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(hào)、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(gè)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(gè)字節(jié)的內(nèi)容。塊擦除命令為20H，其操作在寫信號(hào)的上升沿開始。

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

（3）字節(jié)編程操作的特征字為10H。

例如，對(duì)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?jī)?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(chǔ)器的內(nèi)容不會(huì)被改變。執(zhí)行復(fù)位命令后，芯片返回讀狀態(tài)。

（5）讀ID號(hào)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(huì)終止這一操作。

（6）軟件數(shù)據(jù)保護(hù)是為了防止對(duì)存儲(chǔ)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(gè)命令字，一個(gè)為特征字，跟隨一個(gè)執(zhí)行命令字。軟件數(shù)據(jù)寫保護(hù)是一個(gè)整體的命令字，對(duì)芯片的整個(gè)存儲(chǔ)陣列有效。

由于FLASHRAM 28SF040具有與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單、容量大以及非易失的特點(diǎn)，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28SF040的FLASHRAM，共計(jì)8Mbit，對(duì)32路機(jī)車運(yùn)行質(zhì)量狀態(tài)參數(shù)每隔5S記錄一次，記錄時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5～6天，在一年半的實(shí)際運(yùn)行中狀態(tài)穩(wěn)定，具有體積小，性能價(jià)格比高的特點(diǎn)?！?/font>