单片机大容量FLASHRAM的扩展

微机监控设备常常需要对监控的数据进行实时记录，以便于事后分析处理，为事故分析、设备故障诊断和维修提供准确可靠的信息，如飞机“黑匣子”、列车“运行记录器”等。数据信息的记录需要大数据容量和实时快速的读写速度，以及在掉电和复位等干扰下的可靠的数据保护。现在一般采用非易失性RAM(NVRAM)为存储介质，其缺点是没有硬件和软件写保护，在强干扰下，程序误写的概率大。

新型闪速存储器（FLASHRAM)由于同时具有EPROM的可编程能力和EEPROM的电可擦写功能，又能像SRAM一样进行随机快速访问，因而越来越多的受到国内外的广泛关注和应用。28SF040是一个容量为512K×8Bit可块擦除、字节编程的EEPROM，其擦除、编程电压均为5V。

（1）单电源5V供电

（2）容量512K×8Bit

（3）数据保存时间大于10年

（4）重复擦写次数典型值100,000次

（5）可分块擦除每块256字节

（6）可进行硬件及软件写保护

（7）快速读取时间(150～200)ns

其引脚功能如下：A0～A18为地址线，A0～A7选择一块数据中的某个字节，A8～A18是块地址。DQ7～DQ0为数据I/O总线，读周期输出数据，在写周期接收数据。CE为片选线，低电平时芯片被选中。OE为输出使能端。WE为写信号使能端。VCC为电源，接＋5V；VSS接地。

28SF040是一个容量为512KByte的CMOS快速闪存,可块擦除、字节编程的EEPROM，与现存的EPROM、EEPROM兼容。它非常适合用在程序和数据重复写入的场合。对这种系统的应用来说，28SF040可提高性能和稳定性。

28SF040是大容量并行存储器共计512KByte,而80C196全部寻址空间仅为64KByte，因此直接寻址大于64KByte的存储器是不行的，需要采用分页扩展技术，即CPU只提供大容量存储器的低位地址线，如A0～A12，而高位地址线A13～A18则通过扩展的CPU的I/O口来分页寻址。

图1中单片机采用Intel的80C196,其P1口的P1.0～P1.5来控制分页码（0～63）。74HC138译码给28SF040的片选，其地址空间为8000H～9FFFH(也可以是4000～5FFFH等其他CPU 8K的地址空间）,图中74HC373为地址锁存器。

有关地址描述如下：

[A15,A14,A13]通过138译码后形成8KByte空间的译码线对28SF040进行片选。

28SF040共有512KByte的空间，可分为64个8KByte，即64页，每页8KByte的空间。其中，28SF040的[A12,A11，…,A0]地址线直接与CPU的[A12,A11，…,A0]相接，高位地址线[A18,A17,A16,A15,A14,A13]通过CPU P1口的[P1.5, P1.4, P1.3, P1.2, P1.1, P1.0]进行页选。

在数据记录和转储过程中，有时需要对FLASHRAM特定的地址单元进行读写操作，如FLASHRAM的软件写保护等。下面以对FLASHRAM的绝对地址15555H单元寻址为例，介绍对特定地址寻址。

15555H是FLASHRAM28SF040的绝对地址，对于CPU来说，其寻址包括两部分，一是CPU的直接寻址区，即地址线A0～A12,直接和FLASHRAM的地址线A0～A12相接，其值为[1010101010101]，另一部分是CPU的译码地址，即地址线A13'～A15'，没有和FLASHRAM相接，用于系统译码片选FLASHRAM，其值为[100],因此CPU的地址为[1001010101010101]=9555H。

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

FLASHRAM的读写包括块擦除（Sector_Erase）、芯片擦除（Chip_Erase）、字节编程、复位、读ID号、软件数据写保护、软件数据写保护打开。其命令字如下表：

（1）进行块擦除操作首先要写一个特征字，然后再发送块擦除命令。特征字为20H，表明以下将擦除一块数据区中256个字节的内容。块擦除命令为20H，其操作在写信号的上升沿开始。

（2）芯片擦除操作的特征字和命令字均为30H,其操作将擦除28SF040全部内容。

（3）字节编程操作的特征字为10H。

例如，对某一字节的写入，应首先判断芯片是否处于写保护打开状态（Unprotected），然后判断是否到了新的一页即下一页，如果是，先把此页全部内容擦除。然后写特征字10H，写数据DATA,之后进行两次读操作，若读出内容相同，则认为该字节已写入数据完成；若D7状态跳变，则说明写过程还未完成。

（4）复位命令能够安全地终止擦除或编程命令。在擦除或编程命令后执行复位命令字FFH即能安全终止擦除或编程操作，存储器的内容不会被改变。执行复位命令后，芯片返回读状态。

（5）读ID号操作的特征字为90H。地址0000H的输出厂商代码BFH,地址0001H输出芯片代码04H,任何其它有效的命令均会终止这一操作。

（6）软件数据保护是为了防止对存储器意外的写入数据或擦除数据，每一操作都包含两个命令字，一个为特征字，跟随一个执行命令字。软件数据写保护是一个整体的命令字，对芯片的整个存储阵列有效。

由于FLASHRAM 28SF040具有与单片机接口简单、容量大以及非易失的特点，所以非常适合于作为便携式数据记录产品。本文介绍的技术已经成功地用于机车随车质量状态诊断记录仪，其中扩展了两片28SF040的FLASHRAM，共计8Mbit，对32路机车运行质量状态参数每隔5S记录一次，记录时间长达5～6天，在一年半的实际运行中状态稳定，具有体积小，性能价格比高的特点。■