教学课件 MCS-51单片机原理及嵌入式系统应用(王忠飞).ppt

6.3.3 串行接口数据存储器的扩展 　　当MCS-51系列单片机扩展并行接口的外部数据或程序存储器时，P0和P2以及P3.6(WR)和P3.7(RD)必须分别专用为数据总线、地址总线和控制总线。当系统不需要扩展外部程序存储器，而且需要的数据存储容量较小时，使用并行接口扩展的外部数据存储器非常浪费MCS-51单片机的I/O资源，这种情况下，可以选择扩展串行接口的外部数据存储器。 　　前面已经提到了串行接口的数据存储器一般都以2线制的I2C总线或3线、4线的SPI串行接口，在MCS-51单片机中扩展串行接口的数据存储器一般仅占用2～4根I/O线，非常节省单片机有限的I/O资源。 图6-21 39SF040存储器阵列字节随机读操作时序 　　39SF040存储器的字节写操作必须按照表6-9中第一行的命令顺序，所以单字节的写操作由4个写循环组成，包括3个命令的写操作和1个数据的写操作。完成4个写循环后该器件自动启动内部编程循环，单字节的内部编程循环一般需要14 μs的时间，在内部编程循环期间，器件不响应其他任何操作。图6-22是39SF040存储器阵列的单字节写操作时序。 图6-22 39SF040存储器阵列的字节编程操作时序 　　图6-23和图6-24分别是39SF040的扇区擦除操作时序和整片擦除操作时序。扇区擦除和整片擦除操作都需要6个总线周期才能完成。而且写操作和擦除操作都需要一定时间的内部编程循环。对39SF040来讲，扇区擦除操作的内部编程循环时间约需要18 ms，整片擦除操作的内部编程循环约需要70 ms。相对SRAM型存储器，FlashROM写操作的速度比较慢。虽然这些操作比较繁琐，但是可以有效地保证存储器阵列中的数据不会被非法改写。 图6-23 39SF040存储器阵列的扇区擦除操作时序 图6-24 39SF040存储器阵列的整片擦除操作时序 　　SST公司的39SFxx系列FlashROM存储器具有多种读/写速度，实际使用时需要根据具体的型号来确定。图6-21～图6-24中的时序时间常数随不同型号而不相同，请参考SST公司相关器件的手册。 　　FlashROM可以为嵌入式控制系统、测控系统、工业控制系统、智能记录仪器等提供大容量的数据存储器，目前更大容量的FlashROM已经达到几十兆字节。 　　FlashROM作为MCS-51系列单片机外部扩展的数据存储器时，其应用电路可以参考SRAM的电路，但是控制读、写和擦除操作软件不同。 　　5．FRAM 　　铁电存储器(FRAM)的核心技术是铁电晶体材料，这一特殊材料使得铁电存储产品同时拥有随机存取存储器(RAM)和非易失性存储产品的特性。铁电晶体材料的工作原理是：当电场加载到铁电晶体材料上时，晶体阵列中的中心原子会沿着电场方向运动，到达稳定状态。晶体阵列中每个自由浮动的中心原子只有两个稳定状态，一个状态被用来记忆逻辑“0”，另一个状态用来记忆逻辑“1”。其中心原子能够在常温、没有电场的情况下停留在此状态达100年以上时间，铁电存储器不需要定时刷新(与DRAM相比)，能在断电情况下保存数据(与常规SRAM相比)。由于在整个物理过程中没有任何原子碰撞，FRAM拥有相当于SRAM的高速读/写、超低功耗和无限次写/擦除等优点，同时还具有数据掉电不丢失的优点。它是近些年被开发并广泛应用的一种新型存储器，据部分专家预测，在未来FRAM将完全取代SRAM,但是, 目前FRAM的价格比较高,大约0.1 KB/元。 　　FRAM存储器的专利权归总部设在美国科罗拉多州的Colorado Springs市的Ramtron公司, 目前Toshiba、Hitachi、Fujistu、Rohm、Samsung、Infineon等半导体公司都获得了Ramtron公司的授权，可提供各种不同的FRAM产品。 　　目前市场上可以见到的Ramtron公司的FRAM产品见表6-10。 　　表中的FM24Cxx产品完全兼容I2C总线接口的EEPROM产品；FM25xxx则完全兼容SPI接口的EEPROM产品；FM1608完全兼容62C64(SRAM)，但增加了不挥发性；FM1808完全兼容62C256，但也增加了不挥发性；而FM3808既具有62C256的存储器，又增加了不挥发性，而且该芯片内还带有嵌入式控制系统的单片机必需的电压监控、实时日历时钟和Watchdog定时器功能。 　　串行接口(I2C、SPI)的FRAM与相同容量的EEPROM相比，FRAM型存储器的字节写大约需要72 μs，而串行接口的EEPROM存储器的字节写大约需要7 ms。所有的EEPROM都有字节写内部编程循环时间(大约5 ms左右)，而FRAM的字节写没有自编程等待时间，这样在一些要求快速保存数据的应用领域，FRAM类型存储