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。28F040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。

美国SST公司FLASHRAM28S040的性能特点及技术参数
（1）单电源5V供电
（2）容量512×8Bit
（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）可进行硬件及软件定写保护
（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为片先线，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。

FLASHRAM与80C196单片机接口实例

28SF040 是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，需要采用分而扩展技术，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。

1.分页扩展28SF040原理框图

图1中单片机采用Intel垢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。

2.FLASHRAM指定空间的寻址

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的红外线对地址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的软件操作

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）芯片擦除操作的特片字和命令字均为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，一个为特片字，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。

结论

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28F040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。