串行FLASH SSF1101在单片机

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串行FLASH SSF1101在单片机

摘要：SSF1101是存储容量为4Mbit的SPI串行接口FLASH存储器,其IC卡封装形式可作为单片机系统的大容量数据存储卡。文中介绍了该器件的主要特性和工作原理，并以IC卡封装形式为例，给出了其与单片机的接口电路及相应的读写程序。    关键词：串行FLASH 单片机 IC卡
１　概述
对于野外移动工作或不便与上位机通信的单片机数据采集系统，使用一个大容量、可插拔、便于更换和携带的智能卡来存储采集到的数据，是一个较好的数据存储方案。ＳＳＦ１１０１是上海新茂半导体有限公司生产的４Ｍｂｉｔ串行接口可编程闪速存储器，该器件采用ＳＰＩ串口模式与单片机或微机通信，无需任何外围元件。利用该器件提供的ＩＣ卡封装形式，可非常方便地和单片机系统进行接口以构成大容量的数据存储装置。同时，该芯片具有封装尺寸小、集成度高、电压低、存储容量大、接口方式简单等优点，在商业和工业领域具有广泛的应用前景。

２　性能特点
ＳＳＦ１１０１是一个４Ｍｂｉｔ的串行ＦＬＡＳＨ存储器，具有４根器件识别脚，可在一个系统中最多能扩展１６片，其总存储容量可达８Ｍ字节，该器件的性能特点如下：
●ＳＰＩ串行数据接口符合ＳＰＩ标准；
●器件内具有４Ｍ Ｂｉｔ 闪速存储器，５１２页，每页１０２４字节；
●内置４位器件地址译码电路，可直接并联扩展存储容量，最多可连接１６片；
●带有双１ｋ字节的数据缓冲器，可在编程期间写入或读取数据，且读取／写入地址自动递增；
●高速页面编程，典型时间为２０ｍｓ；
●高速页面到数据缓冲器的传输典型时间为１００μｓ；
●页面擦除典型时间为１０ｍｓ；
●器件擦除典型时间为２ｓ；
●内置擦除／编程时序逻辑；
●可硬件写保护；
●时钟频率最高达１０ＭＨｚ；
●采用单５Ｖ电源工作，并有低电压２．７～３．５Ｖ可供选择；
●低功耗，休眠电流典型值为１８μＡ；
●与ＣＭＯＳ电平和ＴＴＬ输入／输出电平兼容；
●工作温度很宽（商用）；
●内置上电复位电路；
●在数据缓冲器和主Ｆｌａｓｈ之间进行传送或比较时，可对未用的数据缓冲器和状态寄存器进行操作。
ＳＳＦ１１０１采用３２脚ＴＳＯＰ封装和ＩＣ卡封装两种形式，其ＴＳＯＰ封装外形及引脚排列如图１（ａ）所示，ＩＣ卡的触点配置如图１（ｂ）所示。器件的引脚功能说明见表１所列。

表1 SSF110引脚说明

序  号	引脚名	I/O	描      述
1	RDY/BUSY	O	闲/忙指示，此脚为低时表示器件忙，不能闪存进行操作
2	RST	I	复位，低有效
3	WP	I	写保护，高有效。此信号有效时不能对闪存进行写擦除操作
6	Vcc	I	电源
7,8	GND	I	地
4,5,9,10	ID0～ID3	I	芯片地址A0～A3，只有命令中的Device ID和ID0～ID3引脚电平一致时，命令才会被器件接受
11	TM	I	测试引脚，正常使用时接地
12	CS	I	片选，低有效，命令输入后应重新置为高电平
13	SCK	I	串行输入数据时钟
14	SI	I	数据输入，命令和数据都由此脚串行输入
15	SO	O/Z	串行数据输出，三态
16～32	NC	Z	空脚

３　工作原理
ＳＳＦ１１０１具有４１９４３０４位主存储单元，分成５１２页面、每页面１０２４个字节。此外ＳＳＦ１１０１还包含有２个ＳＲＡＭ缓冲器，每个缓冲器有１０２４个字节，当主存储器内的１页正被编程时，缓冲器照样能接收输入数据。ＳＳＦ１１０１使用ＳＰＩ串口访问它的数据，因而硬件设计十分方便，系统可靠性很强，并可把开关噪声降到最低。该芯片在编程期间，不需要高电压，而编程电压仍为电源电压。 图２所示是ＳＳＦ１１０１存储器的内部结构框图。
ＳＳＦ１１０１通过简单的ＳＰＩ串行口进行数据存取，器件的操作由主机发出的指令控制，一个有效指令包括一字节４位操作码、４位器件地址以及目的缓冲器或主储器地址位置。当ＣＳ为０时，主机向器件ＳＣＫ端发送时钟信号，以引导操作码和地址从ＳＩ端写入到器件中。所有指令地址和数据都是先送高位。ＳＳＦ１１０１的操作命令如表２所列。表中的Ｘ可取任意值，它对器件操作没有影响。

表2 SSF1101操作命令表

操     作	命  令	器件地址	页面地址	缓冲区地址
读缓冲区1	1110	dddd	XXXXXXXXXXXX	BA11-BA0
读缓冲区2	1111	dddd	XXXXXXXXXXXX	BA11-BA0
写缓冲区1	0110	dddd	XXXXXXXXXXXX	BA11-BA0
写缓冲区2	0111	dddd	XXXXXXXXXXXX	BA11-BA0
使用内建擦除周期的从缓冲区1到闪存传送	1010	dddd	PA11-PA0	XXXXXXXXXXXX
使用内建擦除周期的从缓冲区2到闪存传送	1011	dddd	PA11-PA0	XXXXXXXXXXXX
不使用内建擦除周期的从缓冲区1到闪存传	0010	dddd	PA11-PA0	XXXXXXXXXXXX
不使用内建擦除周期的从缓冲2到内存传送	0011	dddd	PA11-PA10	XXXXXXXXXXXX
闪存到缓冲区1的传送	1100	dddd	PA11-PA0	XXXXXXXXXXXX
闪存到缓冲区2的传送	1101	dddd	PA11-PA0	XXXXXXXXXXXX
比较闪存页面和缓冲区1	0100	dddd	PA11-PA0	BA11-BA0
比较闪存页面和缓冲区2	0101	dddd	PA11-PA0	BA11-BA0
闪存直接读	0001	dddd	PA11-PA0	BA11-BA0
状态寄存器读	0000	dddd	XXXXXXXXXXXX	XXXXXXXXXXXX
片擦除	1001	dddd	XXXXXXXXXXXX	XXXXXXXXXXXX

３．１ 状态寄存器（ＳＲ）
ＳＳＦ１１０１具有一个８ｂｉｔ的状态寄存器，可用于指示器件的工作状态。该寄存器可通过“状态寄存器读”命令读出寄存器中的内容。寄存器内容及定义如下：
ＢＦ： 忙标志，为１时，表示器件忙，无法执行对闪存的操作命令；
ＣＦ：比较标志，为１时，表示缓冲区中的内容和指定的被比较的闪存页面不一致；
ＷＰＦ：写保护标志，为１表示器件处于硬件写保护状态；
Ｂｉｔ２～Ｂｉｔ０：容量指示位，为全１表示闪存容量为４Ｍｂｉｔ；
Ｒｅｓ：保留位，暂为０１；
当器件正确上电复位后，ＳＲ为 ００００１１１１Ｂ。
３．２ 命令操作说明
（１）缓冲区传送
缓冲区传送分为三种，首先通过闪存到缓冲区的传送命令可把指定闪存页面中的内容拷贝到缓冲区１或缓冲区２中，传送到缓冲区１的命令码为：１１００ｄｄｄｄ ＰＡ１１－ＰＡ０ ＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸ，共３２位， 并继续保持ＳＣＫ到至少第３５个周期。其中的ＰＡ１１ － ＰＡ０为指定被传送的闪存页面， 如果超出器件的范围，则自动取模。当ＣＳ被置高后，传送操作开始， 同时状态寄存器中的ＢＦ位有效。 完成传送操作大约需要１００μｓ， 完成后，ＢＦ标志清零（下述命令中，如没有特别指出，其命令码含义及操作时序均与此相同，此外针对缓冲区２的操作仅命令不同，其余部分完全相同，下述命令均相同）。
使用内建擦除周期的从缓冲区到闪存传送命令时，一般先使用内建的擦除周期擦除指定的闪存页面，然后把缓冲区中的内容拷贝到指定的闪存页面中。
不使用内建擦除周期的从缓冲区到闪存传送命令时，可直接把缓冲区中的内容拷贝到指定的闪存页面中。
（２）读写缓冲区
读缓冲区命令用于读取缓冲区１（或２）中的一个或多个字节数据，命令码为：
１１１０ｄｄｄｄＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＢＡ１１－ＢＡ０。
其中，ＢＡ１１－ＢＡ０ 用于指定从缓冲区中读取数据的开始地址，如果超出缓冲区大小则自动取模。器件在第３５个ＳＣＫ的下降沿开始从ＳＯ引脚输出数据，且高位在前。读取一个字节后，缓冲区地址自动加１，然后继续输出下一地址的数据。如到达缓冲区的尾部， 则自动返回到缓冲区的起始地址。输出最后一个字节后需额外的３～７个脉冲。
写缓冲区命令用于将一个或多个字节数据写入缓冲区１（或２）中，命令码为：
０１１０ｄｄｄｄＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＸＢＡ１１－ＢＡ０
其中，ＢＡ１１－ＢＡ０用来指定写入缓冲区的开始地址，如果地址超出缓冲区大小则自动取模。器件在第３３个ＳＣＫ的上升沿开始从ＳＩ引脚接收数据（高位在前），接收一个字节后写入缓冲区， 并自动对缓冲区地址加１后继续接收下一地址的数据。如果到达缓冲区的页尾，则自动返回到缓冲区的起始地址。输出最后一个字节后需额外的３～７个脉冲。
（３）闪存直接读
闪存直接读命令用于直接从闪存页面中读取数据，而不通过缓冲区，也不影响缓冲区中的内容。其命令码为：
０００１ｄｄｄｄ ＰＡ１１－ＰＡ０ ＢＡ１１－ＢＡ０。
其中，ＰＡ１１－ＰＡ０用于指定被操作的闪存页面， 如果超出器件的范围，则自动取模；ＢＡ１１－ＢＡ０则用来指定从页面内读取数据的开始地址，同样， 如果超出页面大小则自动取模。器件在第３５个ＳＣＫ的下降沿开始从ＳＯ引脚输出数据， 高位在前。 输出一个字节后页面内数据地址自动加１，然后继续输出下一地址的数据。如果到达页尾，则自动返回到页初地址。
（４）比较闪存页面和缓冲区
此命令用于比较指定的闪存页面和缓冲区内的数据是否相同，在被置高后开始比较， 同时ＢＦ被置１。如果比较结果为不相同，则状态寄存器的ＣＦ位被置１， 否则ＣＦ清零， 比较结束后ＢＦ清零。
（５）读状态寄存器
状态寄存器读命令用于读出器件内状态寄存器的值。
（６）片擦除
片擦除命令用于擦除闪存所有页面的数据，一个擦除周期大约需要２ｓ。

４　具体应用
ＳＳＦ１１０１由于具有５１２ｋｂｙｔｅ的大存储容量，因此可广泛应用于数字语音存储、图象存储和数据存储等应用领域，以构成大容量的单片机数据采集系统。由ＡＴ８９Ｃ５２单片机与ＳＳＦ１１０１构成的ＩＣ卡读写电路如图３所示。
图３中，ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１．０、Ｐ１．１、Ｐ１．２分别与ＳＳＦ１１０１ ＳＰＩ的接口ＳＩ、ＳＣＫ及ＳＯ端相连以实现简单的三线串行通信，Ｐ１．３与ＣＳ相连用于控制对器件的访问，图中的Ｃ９与Ｃ１０是ＩＣ卡座的接通开关，当ＩＣ卡插入时开关闭合，Ｃ１端接入＋５Ｖ电源，ＳＳＦ１１０１上电复位后读写电路进入正常的读写状态，当ＩＣ卡拔出后Ｃ１端经电阻Ｒ２向ＡＴ８９Ｃ５２的ＩＮＴ０端发出中断请求，从而转向掉卡中断处理程序。下面的程序代码为与上述硬件电路配套的读写ＩＣ卡程序：
；位定义
ＳＩ ＢＩＴ Ｐ１．０；串行数据输入
ＳＣＫ ＢＩＴ Ｐ１．１；串行时钟
ＳＯ ＢＩＴ Ｐ１．２；串行数据输出
ＣＳ ＢＩＴ Ｐ１．３；片选控制
；内存定义
ＲＣＭＤ ＥＱＵ ３０Ｈ；读卡命令单元
ＰＡＨ ＥＱＵ ３１Ｈ；闪存页面高位单元
ＰＡＬ ＥＱＵ ３２Ｈ；闪存页面低位单元
ＢＡＨ ＥＱＵ ３３Ｈ；闪存地址高位单元
ＢＡＬ ＥＱＵ ２４Ｈ；闪存地址低位单元
ＩＣＲＤＡＴＡ ＥＱＵ ２０Ｈ；读写数据缓冲区首址
ＮＵＭＢＥＲ ＥＱＵ ８０Ｈ；数据块长度
；读ＩＣ卡子程序，采用闪存直接读方式
ＲＣＡＲＤ： ＳＥＴＢ ＣＳ
ＳＥＴＢ ＳＩ ；初始化ＳＰＩ
ＳＥＴＢ ＳＯ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＭＯＶ ＲＣＭＤ，＃１０Ｈ；“闪存直接读”命令
ＭＯＶ ＤＡＨ，＃００Ｈ ；００页面
ＭＯＶ ＤＡＬ，＃００Ｈ
ＭＯＶ ＢＡＨ，＃００Ｈ ；００地址
ＭＯＶ ＢＡＬ，＃００Ｈ
ＣＬＲ ＣＳ ；选中芯片
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＲＣＭＤ ；指向命令单元
ＭＯＶ Ｒ１，＃０４Ｈ ；４字节命令
Ｔ ＲＣＭＤ： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ ；调用发送子程序
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＩＣＲＤＡＴＡ ；指向读写数据
缓冲区首址
ＭＯＶ Ｒ１，＃ＮＵＭＢＥＲ
ＲＩＣＤＡＴＡ： ＬＣＡＬＬ ＳＩＮ ；调用接收子程序
ＭＯＶ ＠Ｒ０，Ａ ；读１２８字节数据到主机
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，ＲＩＣＤＡＴＡ
ＳＥＴＢ ＣＳ
ＲＥＴ
；写ＩＣ卡子程序；数据首先写入缓冲区，再使用内建擦除周期的从缓冲区１到内存传送命令写入主存
ＷＣＡＲＤ： ＳＥＴＢ ＣＳ
ＳＥＴＢ ＳＩ
ＳＥＴＢ ＳＯ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＭＯＶ ＲＣＭＤ，＃６０Ｈ ；“写缓冲区１”命令
ＭＯＶ ＢＡＨ，＃００Ｈ ；写００Ｈ地址
ＭＯＶ ＢＡＬ，＃００Ｈ ；单元
ＣＬＲ ＣＳ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ１，＃０４Ｈ
Ｔ ＲＣＭＤ１： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＩＣＲＤＡＴＡ；指向读写缓冲区
ＭＯＶ Ｒ１，＃ＮＵＭＢＥＲ
Ｔ ＲＤＡＴＡ： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ－ＲＤＡＴＡ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＭＯＶ ＲＣＭＤ，＃０Ａ０Ｈ
ＭＯＶ ＤＡＨ，＃００Ｈ
ＭＯＶ ＤＡＣ，＃００Ｈ
ＣＬＲ ＣＳ
ＭＯＶ Ｒ０，＃ＲＣＭＤ
ＭＯＶ Ｒ１，＃０４Ｈ
Ｔ ＲＣＭＤ２： ＭＯＶ Ａ，＠Ｒ０
ＬＣＡＬＬ Ｓ ＯＵＴ
ＩＮＣ Ｒ０
ＤＪＮＺ Ｒ１，Ｔ－ＲＣＭＤ
ＳＥＴＢ ＣＳ
ＬＣＡＬＬ ＤＬ３０ＭＳ ；延时３０ｍｓ
ＲＥＴ
；接收一字节数据程序
Ｓ－ＩＮ： ＭＯＶ Ｒ６，＃８
ＲＳＨＩＦＴ： ＭＯＶ Ｃ，ＳＯ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＲＬＣ Ａ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＤＪＮＺ Ｒ６，ＲＳＨＩＦＴ
ＲＥＴ
；发送一字节数据子程序
Ｓ ＯＵＴ： ＭＯＶ Ｒ７，＃８
ＴＳＨＩＦＴ： ＲＬＣ Ａ
ＭＯＶ ＳＩ，Ｃ
ＳＥＴＢ ＳＣＫ
ＮＯＰ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＮＯＰ
ＣＬＲ ＳＣＫ
ＤＪＮＡ Ｒ７，ＴＳＨＩＦＴ
ＲＥＴ

５　结束语
ＳＳＦ１１０１串行闪速存储器的串行ＩＣ卡封装形式非常便于和单片机接口，以便构成便携式数据存储装置，同时其较大的存储容量也可满足数据存储量较大的应用系统要求，因而该器件在数据存储领域有着较为广泛的应用前景。

李小路

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