基于spi总线接口的fram设计

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1、基于SPI总线接口的FRAM设计　　摘要：文章的研究内容是对数据读取和存储基于SPI总线接口的FRAM设计。文章采用了C8051F系列单片机作为微处理器，存储芯片采用的是FM25V10芯片，并且都具有SPI总线接口，经过多次实验得出的结果是以SPI为总线接口的FRAM设计能够满足其要求，并且传输速度快。　　关键词：SPI总线；单片机；总线接口；FRAM设计　　中图分类号：TP333文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）14-0011-03　　随着科技的进步，电子技术的发展，在电子、工程控制、通信等行业内，单片机的应用范围也越来越广，而它的外围芯片接口应用也变得越来越重

2、要。针对于一些记录测控的数据，记录通信的数据，都需要不掉电存储方式，所以不掉电存储也成为了控制系统中不可或缺的一个部分。在存储芯片的发展过程中，有很多产品诞生，如E2PROM或闪速存储作为存储介质，则速度较慢；在实时性要求较高的场合常采用电池支持的SRAM，它既有RAM的读写速度，又有ROM掉电数据不丢失的特性，但是电池支持的SRAM在实际使用过程中数据不可靠，容易丢失，且电池容易受到环境因数的影响；而RAMTRON公司研制的铁电存储成功解决了电池的问题，由于具有几乎无限次数擦写、高速读写、低功耗、数据能掉电保持等特点而广泛地应用在各种控制系统中。本文采用C8051F单片机对FRAM

3、芯片的读写操作，从而完成了对于系统的参数及数据保存功能。　　1C8051F单片机的SPI总线接口　　C8051F单片机微处理器具有SPI接口，所以可以和FM25V10直接通过SPI总线进行连接，并且SPI总线的速度完全可以达到要求。SPI总线只需四条线就可以完成MCU与各种外围器件的通讯，分别为：串行时钟线（CSK）、主机输入/从机输出数据线（MISO）、主机输出/从机输入数据线（MOSI）、低电平有效从机选择线（CS）。当SPI工作时，在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚（MOSI）输出（高位在前），同时从输入引脚（MISO）接收的数据逐位移到移位寄存器（高位在前）。传输完一个字节之

4、后，该字节便会进入到接收器件的移位寄存器中，这样就可以完成了两个器件之间的数据交换，SPI总线的主机的时钟信号来确保本次传输的同步，当SPI被配置为主器件时，最大数据传输率（位/秒）是系统时钟频率的二分之一。当SPI被配置为从器件时，如果主器件与系统时钟同步发出SCK、NSS和串行输入数据，则全双工操作时的最大数据传输率（位/秒）是系统时钟频率的十分之一。　　2FM25V10的工作原理及其特点　　FRAM是靠材料特性来保存数据，这种材料并非磁性材料，所以从原理上讲，磁场对数据是没有影响的，在实际中，电场对数据也没有影响，所以其抗干扰能力强。在复杂环境中可以记录一些重要的数据，由于它的

5、擦写次数多，所以可以记录每一个数据脉冲。　　铁电存储器FRAM的特点：（1）具有非易失性，掉电后数据可以保存45年左右；（2）擦写次数很多，5V供电的FRAM的擦写次数多达10000亿次；（3）速度快，串口总线的FRAM的CLK的频率最高可达20M，没有等待写周期，并口的访问速度70ns；（4）功耗较低，静态电流小于10uA，读写电流小于150uA。　　电路的工作环境会涉及到强电和弱点之间的转换和一定的电磁干扰，设计选用Ramtron公司的FM系列铁电存储器。　　FM25V10为2M位的非易失性铁电随机存储器，结构容量为256K×8位，无限次的读写次数，掉电数据保持10年，写数据无延

6、时，采用快速SPI串行协议，最高速度可以达到40M的总线速度。硬件上有完善的写保护，同时软件也可以进行写保护。工作电压：2.7～3.6V，静态工作电流：5uA。　　3FRAM与C8051F单片机的SPI硬件设计　　由于FM25V10与其他的SPI设备一样，可以直接挂在SPI总线接口上，本文采用的是SPI的四线接口，因此需要额外的片选信号NSS，/HOLD和/WP直接连接到高电平上，所以不进行硬件保护操作和暂停操作，硬件连接如图1、单片机相应的端口分配如表1所示。　　4软件流程及其程序的编写　　数据存储及读取模块软件的程序设计主要对象是铁电存储器FM25V10，通过对单片机内部集成的A

7、/D采集模块进行数据的采集，并将数据进行实时的存储在铁电存储器FM25V10中，并且在存储结束后将数据读取出来，通过通信模块将数据传输给上位机。　　数据的存储及读取过程中是通过SPI总线方式进行传输的，该方式可以有效地对数据进行快速、准确的存储及读取。C8051F单片机中的SPI提供了一个灵活的四线全双工串行总线，SPI所使用的4个信号分别是：MOSI、MISO、SCK、NSS。　　该程序的编写主要分为两部分：一部分是对FM25V10的数据存储程序的编写；