引言
在以網絡通訊、軟件和微電子為主要標志的信息產業(yè)飛速發(fā)展的今天，以為微處理器為模壓電感器核心的嵌入式系共模電感統(tǒng)隨處可見，這些系統(tǒng)應用的典型例子包括移動電話系統(tǒng)、汽車的應用、家用電器、航天應用、醫(yī)療設備和國防系統(tǒng)等[1]。作為嵌入式系統(tǒng)核心部分的微處理器分為8位，16位，32位和64位四大類。對于很大一部分應用領域，性能要求相對較低，而產品成本是最重要的考慮因素，這種情況下8位微處理器將是最佳選擇。在8位微處理器中8051芯片家族具有低成本、大范圍、易獲得和應用廣泛的特點，是開發(fā)嵌入式優(yōu)秀平臺。另外需要指出的是為了適應目前IC產業(yè)中流行的SOC（system on a chip）設計潮流，許多著名半導手機電感器體公司紛紛推出了基于8051架構的8051 SOC芯片，其中美國SILICON LAB公司的C8051Fxxx系列單片機就是一例。
在8051芯片家族的實際應用中經常遇到的問題是沒有足夠的數(shù)據(jù)存儲器用于支持較大的嵌入式系統(tǒng)。但是采用常規(guī)的擴展外部數(shù)據(jù)存儲器的方法存在一個較大的引腳資源問題（其通常占用了18條引腳）。這對于以外部引腳數(shù)本就不多的微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)來說是致命的。
為了解決這一矛盾，本文C8051F 單片機和AT45DB081芯片為例，以介紹了一種利用串行外設接口（SPI）擴展大容量數(shù)據(jù)存儲器的方法。
硬件簡介
C8051F 系列單片機[2]是完全集成的混合信號SOC芯片，具有與8051指令集完全兼容的CIP－51內核。它在一個芯片集成了構成一個數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需的幾乎所有模擬和數(shù)字外設以及其他功能部件。這些部件包括：ADC，可編程增益放大器、DAC、電壓比較器、電壓基準、溫度傳感器、SMBus/I2C、UART、SPI、定時器、PCA、內部振蕩器、WDT和電源監(jiān)視器等。各個有輸入/輸出的內部部件可以通過交叉開關配置到I/O端口（P0、P1和P2）的外部引腳上。它內置了FLASH程序存儲器、內部RAM，部分器件內部還有一定數(shù)量的位于外部數(shù)據(jù)存儲器空間的XRAM。C8051F單片機具有片內調試電路，通過JTAG接口可以進行非侵入式、全速的在系繞行電感統(tǒng)調試。這種真正能獨立工作的SOC單片機使得設計體積小、功耗低、可靠性高的單片機系統(tǒng)變得方便。
AT45DB081[3]是ATMEL公司推出的工作電壓為2.7～3.6V、可在系統(tǒng)重寫的SPI兼容的FLASH數(shù)據(jù)存儲器。它具有4096頁、每頁264字節(jié)（共計8M字節(jié)）的主存儲器容量以及2個264字節(jié)的SRAM數(shù)據(jù)緩存器。這種串聯(lián)接口FLASH存儲器十分適用于要求存儲密度高、引腳資源占用少、電源電壓低和功耗小的商業(yè)和工業(yè)應用領域。
硬件原理圖
C8051F單片機（以C8051F020為例）與AT45DB081的硬件原理圖見圖1所示。
圖1 C8051F020和AT45DB081的硬件連接原理圖
圖中將C8051F020的P0.2、P0.3和P0.4引腳通過交叉開關配置為SPI的CLK（串行時鐘）、MISO（主出從入）和MOSI（主出從入）信號線，一體成型電感器分別與AT45DB081的時鐘、串行輸出和串行輸入引腳相連。將P3.0、P3.1和P3.2與AT45DB081的芯片復位、片選和忙閑狀態(tài)引腳相連。
單片機通過SPI與存儲器間啟動一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程為先將SPI標志為SPIF清零，然后向數(shù)據(jù)寄存器SPI0DAT寫入一個字節(jié)，當SPIF由硬件置1表示一次傳輸結束。
軟件編程
AT45DB081的操作方式及操作碼
對于AT45DB081，共有十種操作方式，見表1所示。
表1 AT45DB081的操作方式及操作碼
軟件流程圖及示例
C8051F單片機對AT45DB081進行數(shù)據(jù)讀寫操作的軟件流程圖如圖2所示。
圖2中系統(tǒng)初始化包括系統(tǒng)時鐘初始化、設置交叉開關表將P0.2、P0.3和P0.4引腳配置為SPI接口，設置SPI特殊狀態(tài)寄存器和復位數(shù)據(jù)存儲器。
單片機通過P3.1讀取AT45DB081的忙閑狀態(tài)引腳來判斷存儲器是否空閑，若P3.2為“1”表示存儲器空閑，否則表示存儲器忙。當存儲器空閑時通過P3.1引腳輸出“0”選中存儲器。
選中存儲器后可以通過SPI發(fā)送命令字，表1所示的10種操作對應的命令字見文獻[3]。下面以表1中的第二種操作為例給出命令字示例：操作碼（54H）、15位無效位、9位緩存器內某字節(jié)的地址、8位無效數(shù)。當發(fā)送完命令字后可以讀取數(shù)據(jù)。
圖2 對AT45DB081進行數(shù)據(jù)讀寫操作的軟件流程圖 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
