大容量NORFlash与位单片机的接口设计.doc

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1、大容量NORFlash与8位单片机的接口设计引言Flash存储器又称闪速存储器，是20世纪80年代末逐渐发展起来的一种新型半导体不挥发存储器。它兼有RAM和ROM的特点，既可以在线擦除、改写，又能够在掉电后保持数据不丢失。NORFlash是Flash存储器中最早出现的一个品种，与其他种类的Flash存储器相比具有以下优势：可靠性高、随机读取速度快，可以单字节或单字编程，允许CPU直接从芯片中读取代码执行等。因此NORFlash存储器在嵌入式系统应用开发中占有非常重要的地位。本文以SST公司的NORFlash芯片SS

2、T39SF040和MCS-51单片机为例，针对大容量NORFlash在8位低档单片机中应用的特殊性，详细介绍了其接口硬件和接口软件的设计方法。1SST39SF040芯片介绍SST39SF040是SST公司最近推出的一种基于SuperFlash技术的NORFlash存储器，属于SST公司并行闪速存储器系列；适用于需要程序在线写入或大容量、非易失性数据重复存储的场合。1.1芯片内部功能结构和外部引脚图1是SST39SF040的内部功能结构框图，由Super-Flash存储单元、行译码器、列译码器、地址缓冲与锁存器、输入

3、／输出缓冲和数据锁存器以及控制逻辑电路等部分组成。图2是其外部引脚分布图，其中A18～A0为地址线，CE为芯片选通信号，OE可作为读信号，WE为写信号，DQ7～DQ0为数据线。1.2芯片的主要特性①容量为512KB，按512K×8位结构组织。②采用单一的5V电源供电，编程电源VPP在芯片内部产生。③芯片可反复擦写100000次，数据保存时间为100年。④工作电流典型值为10mA，待机电流典型值为30μA。⑤扇区结构：扇区大小统一为4KB。⑥读取、擦除和字节编程时间的典型值：数据读取时间为45～70ns；扇区擦除时间

4、为18ms，整片擦除时间为70ms；字节编程时间为14μs。⑦有记录内部擦除操作和编程写入操作完成与否的状态标志位。⑧具有硬、软件数据保护功能。⑨具有地址和数据锁存功能。1.3芯片的操作1.3.1芯片的软件操作命令序列SST39SF040的软件操作可以分成两类：普通读操作和命令操作。普通读操作非常简单，与RAM的读操作类似，当OE和CE信号同时为低电平时，即可从芯片读出数据。芯片的命令操作包括芯片的识别、字节编程、扇区擦除以及整片擦除等。这些操作分别由各自的软件操作命令序列来完成，如表1所列。其中，BA为待编程字节

5、的地址，Data为字节编程数据，SAX为待擦除扇区的地址。命令中的地址只有低15位有效，高4位可任意设置为“0”或“1”。SST39SF040的软件操作命令序列实际上是由一个或多个总线写操作组成的。以SST39SF040的扇区擦除为例，其操作过程包括3个步骤：第1步，开启擦除方式，用表1中给出的第1至第5周期的总线写操作来实现；第2步，装载扇区擦除命令(30H)和待擦除扇区的地址，用其对应的第6周期的总线写操作来实现；第3步，进行内部擦除。内部擦除时间最长为25ms。总线写操作时，OE必须保持为高电平，CE和WE应

6、为低电平。地址和数据的锁存由CE和WE两个信号的边沿进行控制。它们当中后出现的下降沿将锁存地址，先出现的上升沿将锁存数据。1.3.2字节编程和擦除操作的状态检测芯片在进行内部字节编程或擦除操作时都需要花费一定的时间，虽然可以采用固定的延时来等待这些操作的完成，但为了优化系统的字节编程和擦除操作时间，以及时判断内部操作的完成与否，SST39SF040提供了两个用于检测的状态位，即跳变位DQ6和数据查询位DQ7。在芯片进行内部操作时，只要根据图3的流程对DQ6或者DQ7进行查询就能及时作出判断。2SST39SF040与

7、MCS-51的接口设计2.1硬件设计硬件设计就是搭建合适的接口电路，将SST39SF040连接到MCS-51的系统总线上。根据SST39SF040和MCS-51系列单片机的结构特性，我们发现SST39SF040的数据线和读、写信号线可以很容易地连接到MCS-51的系统总线上，所以要考虑的主要问题是SST39SF040地址线的连接。由于其容量已经超出了MCS-51的寻址范围，19根地址线无法全部连接到MCS-51的地址总线上，因此必须在该系统中进行进一步的存储器扩展。存储器扩展通常可利用单片机空闲的I／O口线作为页面

8、地址输出引脚来实现。但是许多应用系统当中，单片机的I／O口线都是非常紧张的，在没有多余的I／O口线时，页面地址就必须提前从数据总线输出并存放在锁存器中备用。具体做法是：将锁存器直接挂在数据总线上，为其安排一个I／O地址，从而构成页面寄存器，在访问存储器时，提前将页面地址作为数据写入页面寄存器即可。根据以上分析可设计出SST39SF040与MCS-51之间的接