基于PIC單片機(jī)與串行閃存的SPI接口設(shè)計(jì)

引 言

PIC單片機(jī)以性能穩(wěn)定、品種眾多等特點(diǎn)在工業(yè)控制、儀器儀表、家電、通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然很多型號(hào)自身集成了存儲(chǔ)器，但在很多情況下難以滿足系統(tǒng)對(duì)大容量存儲(chǔ)的要求，需要外擴(kuò)非易失性的存儲(chǔ)器。與并行Flash存儲(chǔ)器相比，串行Flash存儲(chǔ)器占用MCU引腳少，體積小，易于擴(kuò)展，接線簡(jiǎn)單，工作可靠，故而越來(lái)越多地應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中。本文主要討論P(yáng)IC16F877A單片機(jī)與串行閃存M25P16之間的SPI通信，在要求大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)且MCU引腳資源有限的情況下具有實(shí)用價(jià)值。

1 SPI工作原理

SPI(Serial Peripheral Interface)是一種常用的串行通信協(xié)議，用于MCU系統(tǒng)與外圍設(shè)備的通信，可用來(lái)連接存儲(chǔ)器、A／D轉(zhuǎn)換器、D／A轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、LCD驅(qū)動(dòng)器、傳感器，甚至其他處理器。SPI主要使用4個(gè)信號(hào)：MOSI(主機(jī)輸出／從機(jī)輸人)、MISO(主機(jī)輸入／從機(jī)輸出)、SCK(串行時(shí)鐘)和CS(片選)。其中，SCK由主機(jī)產(chǎn)生，作為傳輸?shù)耐綍r(shí)鐘，控制所有數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)通過(guò)觸發(fā)從設(shè)備的CS決定二者之間的SPI傳輸是否能夠進(jìn)行。主機(jī)和外設(shè)都包含1個(gè)串行移位寄存器。主機(jī)通過(guò)向自己的SPI串行寄存器寫入1個(gè)字節(jié)來(lái)發(fā)起1次傳輸，然后通過(guò)MOSI信號(hào)線將數(shù)據(jù)傳給外設(shè)，同時(shí)外設(shè)將自己移位寄存器中的內(nèi)容通過(guò)MISO信號(hào)線返回給主機(jī)，如圖1所示。這樣，兩個(gè)移位寄存器中的內(nèi)容就交換了。也就是說(shuō)，外設(shè)的寫操作和讀操作是同步完成的。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只進(jìn)行寫操作，則主機(jī)只需忽略收到的字節(jié)即可；如果主機(jī)要讀外設(shè)的數(shù)據(jù)，必須發(fā)送1個(gè)字節(jié)來(lái)引發(fā)從機(jī)的傳輸，發(fā)送的這個(gè)字節(jié)可以是任意數(shù)據(jù)。



2 M25P16簡(jiǎn)介

M25P16是16 Mb的串行閃存，具有先進(jìn)的寫保護(hù)機(jī)制，支持速度高達(dá)50 MHz的SPI總線的存取操作。該存儲(chǔ)器有32個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)256頁(yè)，每頁(yè)256字節(jié)。工作電壓范圍2.7～3.6 V，工作溫度范圍-40～+85℃。數(shù)據(jù)保存長(zhǎng)達(dá)20年，每個(gè)扇區(qū)可擦寫／編程100 000次。

M25P16支持的操作指令共有12條。指令格式為：



其中，8位的命令字是必需的，地址、啞元以及數(shù)據(jù)字節(jié)的有無(wú)和長(zhǎng)度會(huì)因指令的不同而有所差別，詳情如表1所列。所有的命令碼、地址、串行輸入／輸出的數(shù)據(jù)，均是高位在前，低位在后。



對(duì)M25P16操作時(shí)，先選中芯片(即片選信號(hào)S拉低)，然后串行輸入操作指令字節(jié)，緊接著串行輸入地址字節(jié)(0或3字節(jié))，必要時(shí)還要加入啞讀字節(jié)，最后串行輸入／輸出數(shù)據(jù)字節(jié)，然后把片選信號(hào)拉高，之后M25P16啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，自行完成相應(yīng)的操作。