PIC单片机与串行闪存的SPI接口设计

2010-05-28 15:02:48来源: 单片机与嵌入式系统应用 关键字:单片机  串行闪存

      (冀科双实科技有限公司,石家庄 050081)

      引  言

      PIC单片机以性能稳定、品种众多等特点在工业控制、仪器仪表、家电、通信等领域得到广泛应用。虽然很多型号自身集成了存储器,但在很多情况下难以满足系统对大容量存储的要求,需要外扩非易失性的存储器。与并行Flash存储器相比,串行Flash存储器占用MCU引脚少,体积小,易于扩展,接线简单,工作可靠,故而越来越多地应用在各类电子产品和工业测控系统中。本文主要讨论PIC16F877A单片机与串行闪存M25P16之间的SPI通信,在要求大容量数据存储且MCU引脚资源有限的情况下具有实用价值。

      1  SPI工作原理

      SPI(Serial Peripheral Interface)是一种常用的串行通信协议,用于MCU系统与外围设备的通信,可用来连接存储器、A/D转换器、D/A转换器、实时时钟、LCD驱动器、传感器,甚至其他处理器。SPI主要使用4个信号:MOSI(主机输出/从机输人)、MISO(主机输入/从机输出)、SCK(串行时钟)和CS(片选)。其中,SCK由主机产生,作为传输的同步时钟,控制所有数据传输。主机通过触发从设备的CS决定二者之间的SPI传输是否能够进行。主机和外设都包含1个串行移位寄存器。主机通过向自己的SPI串行寄存器写入1个字节来发起1次传输,然后通过MOSI信号线将数据传给外设,同时外设将自己移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机,如图1所示。这样,两个移位寄存器中的内容就交换了。也就是说,外设的写操作和读操作是同步完成的。在实际应用中,如果只进行写操作,则主机只需忽略收到的字节即可;如果主机要读外设的数据,必须发送1个字节来引发从机的传输,发送的这个字节可以是任意数据。

      2  M25P16简介

      M25P16是16 Mb的串行闪存,具有先进的写保护机制,支持速度高达50 MHz的SPI总线的存取操作。该存储器有32个扇区,每个扇区256页,每页256字节。工作电压范围2.7~3.6 V,工作温度范围-40~+85℃。数据保存长达20年,每个扇区可擦写/编程100 000次。

      M25P16支持的操作指令共有12条。指令格式为:

      其中,8位的命令字是必需的,地址、哑元以及数据字节的有无和长度会因指令的不同而有所差别,详情如表1所列。所有的命令码、地址、串行输入/输出的数据,均是高位在前,低位在后。

      对M25P16操作时,先选中芯片(即片选信号S拉低),然后串行输入操作指令字节,紧接着串行输入地址字节(0或3字节),必要时还要加入哑读字节,最后串行输入/输出数据字节,然后把片选信号拉高,之后M25P16启动内部控制逻辑,自行完成相应的操作。

      3 SPI硬件设计

      PIC16F877A单片机具有非常完善的SPI接口(RC3/SCK、RC4/SDI、RC5/SDO、RA5/SS),只有PIC16F877A作为从机时,RA5/SS引脚才作为SPI脚,PIC16F877A为主机时,SS可作为普通I/O使用。通过该接口,可比较容易地实现PIC16F877A与SPI Flash的通信。PIC16F877A与M25P16的硬件接口如图2所示。其中,SCK、SDI、SDO为MCU的SPI专用引脚,分别与存储器的对应引脚相连,可选MCU的任意I/O脚作为存储器的片选信号,图中选取RC2脚与存储器的片选S相连,这样,在SPI通信时只涉及MCU的C口,便于操作。M25P16的HOLD和W直接接高电平,表示不允许在S有效的情况下暂停SPI通信且整个存储区都没有写保护。

      图2中,VDD为+5 V,由于PIC16F877A工作在5 V电压下,而M25P16的工作电压范围为2.7~3.6 V,二者不能直接相连。这里采用电阻分压的方式,保证输入M25P16的S、C、D脚的电压在存储器能承受且能识别的范围内,通过在M25P16向PIC16F877A输入数据的SDO脚加上拉电阻,保证MCU可以识别M25P16输出的高电压,从而保证正常的SPI通信。如果MCU工作于3.3 V,则直接将二者的对应引脚相连即可。

      4  SPI软件设计

      在硬件连线正确的基础上,要进行SPI通信,还要对M25P16编写驱动程序,包括SPI初始化、读M25P16的数据、向M25P16写人数据、数据的擦除等,这里使用C语言编程,编译器选择PICC,开发环境为MPLAB IDE8.10。

      PIC16F877A的SPI通信涉及4个寄存器:控制寄存器SSPCON、状态寄存器SSPSTAT串行接收/发送缓冲器SSPBUF和移位寄存器SSPSR。其中,SSPCON的8位都是可读可写的,用于设置SSP处于主/从模式、时钟频率、时钟极性、SSP使能以及写冲突检测;SSPSTAT只有高2位可读写,低6位是只读的。PIC16F877A处于接收模式时,SSPSR和SSPBUF构成2级缓冲的接收器,SSPSR每收到1个完整的字节,就将该字节传给SSPBUF,并将中断标志位SSPIF置1,可通过读SSPBUF得到数据;877A处于发送模式时,写SSPBUF操作会同时将数据写入SSPSR,触发传输。下面结合具体的代码进行详细阐述。

      (1)SPI初始化与读写函数

      从SendByte和RcvByte函数的代码中,可以看出数据发送和接收是否完成,都是通过判断STAT_BF标志位(SSPSTAT寄存器的BF位,STAT_BF是在头文件pic1687x.h中定义的名称)来实现的,而数据手册中关于BF位的描述仅用于接收模式。这是由于PIC16F877A通过SDO发送数据的同时,会通过SDI读人数据,当1字节发送完成时,刚好接收1字节到SSPBUF,这时SSPBUF满,BY被置为1,故可通过STAT_BF标志判断1字节是否发送完成。

      (2)连续写函数

      M25P16的PP指令允许1次连续写入不超过1页(256字节)的数据。写人数据之前,首先要发出写允许命令,然后才能执行数据写入操作。数据写入函数参数包括address(32位地址)、block(写入数据缓冲区指针)、n(一次连续写入的字节数,n<256)。如果address的低8位不全为0,即不是从页起始处写,并且需要写入的数据超出该页剩余空间,则超出部分被丢弃。代码如下:



      其中,delay()为延时子函数,参数为ms级,delay(1)即延时1ms。加入延时,是为了保证存储器在准备好的情况下才进行读写操作。

      (3)连续读函数

      M25P16允许发出读指令后,连续读取数据,这一模式极大提高了总线效率。数据读取函数的参数包括address:32位地址;block:读数据缓冲区指针;n:一次连续读取的字节数,代码如下:


      M25P16的连续读操作与连续写不同的是,无论READ还是FAST_READ,在起始地址处1字节的数据读出后,会自动寻址更高地址处的数据,故程序中无需address++语句。

      除了对M25P16的初始化、读写之外,经常还要对其进行擦除操作,擦除有扇区擦除和整体擦除2种方式,执行数据擦除将使内部所有数据变为FFH。擦除操作与写操作类似,在此不再赘述。

      结  语

      本文介绍的M25P16与PIC16F877A的接口已应用于自来水流量数据采集的本地存储中。运行稳定可靠,未发现数据丢失现象,对其他应用有一定的参考价值。

 

关键字:单片机  串行闪存

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0528/article_842.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:4G迷局 LTE与WiMax的博弈
下一篇:上海贝尔端到端LTE解决方案服务科技世博

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利
推荐阅读
全部
单片机
串行闪存

小广播

独家专题更多

东芝在线展会——芯科技智社会创未来
东芝在线展会——芯科技智社会创未来
2017东芝PCIM在线展会
2017东芝PCIM在线展会
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved