大容量闪烁存储器芯片AT45D081的内部结构、特点及应用

在电子产品的设计中，经常存在断电后数据或机器参数的保存问题。早期一般由电池为ＲＡＭ供电，但由于环境及电池本身的原因，这种方式常使数据丢失。目前，小容量数据存储多采用９３系列ＥＥＰＲＯＭ（如９３Ｃ４６）或２４系列ＥＥＰＲＯＭ（如２４Ｃ４５）。但如果要求存储的数据量很大？这些芯片的存储能力就不能胜任。为此，本文介绍一种大容量的闪烁存储器芯片ＡＴ４５Ｄ０８１，并给出其在税控加油机中的应用。

１、ＡＴ４５Ｄ０８１简介

１．１ ＡＴ４５Ｄ０８１的特点

ＡＴ４５Ｄ０８１Ａ是ＡＴＭＥＬ公司生产的闪烁存储器。它采用串行方式传送数据， 符合ＩＳＯ７８１６标准，时钟频率可高达１５ＭＨｚ， 并采用单５Ｖ电源供电。同时具有功耗低、体积小、容量大、传送快速， 与ＣＭＯＳ和ＴＴＬ电平兼容以及掉电后数据不丢失等特点。 由于读写时序与ＳＰＩ模式０与模式３兼容， 因此，其硬件设计与软件编程都很容易。

１．２ 内部结构与引脚说明

ＡＴ４５Ｄ０８１内部由主存储器阵列、两个ＳＲＡＭ数据缓冲区ＢＵＦＦＥＲ１、ＢＵＦＦＥＲ２以及Ｉ／０接口组成。其中主存储器阵列容量为８Ｍ Ｂｉｔｓ，由４０９６页组成，每页２６４字节，为编程方便又把连续的８页定义为一块。每个ＳＲＡＭ数据缓冲区大小为２６４字节。 这两个缓冲区可在主存储器阵列访问某一缓冲区或某缓冲区访问主存储器阵列时，另外一个缓冲区能同时与外部交换数据。主存储器与缓冲区的相互访问是在芯片内部自动完成的，且不需要外部的干涉，这样就大大提高了外部访问的效率。但外部可以通过读取芯片提供的只读状态存储器的内容知道芯片容量及工作状态信息（可用就绪／忙标志指示缓冲区是否与指定的主存储器阵列页内容一致）。

ＡＴ４５Ｄ０８１的主要引脚功能见表１所列。当ＡＴ４５Ｄ０８１的ＣＳ由高变低时，芯片启动一次操作，而当ＣＳ由低变高时，终止操作。这时ＳＩ上的任何数据都被忽略，ＳＯ处于高阻态。 当ＷＰ为低时，主存储器的前２５６页不能被访问。如果要访问前２５６页，则必须使ＷＰ为高。ＷＰ已被芯片内部拉高，如果要对前２５６页编程，那么，ＷＰ应在外部置高电平。

１．３ 操作指令及读写时序

外部访问主存储器阵列和缓冲区及状态寄存器是通过输入命令来实现的。ＡＴ４５Ｄ０８１共提供了２６条命令？这些命令按功能可分为读主存储器阵列页、主存储器阵列页内容传送到缓冲区、缓冲区内容传送到主存储阵列页、页擦除、块擦除、外部通过缓冲区对主存储器页写入、自动页重写？缓冲区读写？状态寄存器读等。所有的命令都遵循下面的格式？首先是８位命令码？然后是２４位地址码？有的命令后面还要输入无关码。输入时高位在前？低位在后。输入模式与ＳＰＩ模式０与模式３兼容。表２所列是连续读主存储阵列、读状态寄存器和写缓冲区命令格式。表中：ｒ代表该位为保留位，ｐ表示该位为页地址位，ｂ表示该位为页内字节地址位，ｘ表示该位可以为０也可以为１，Ｎ／Ａ表示输入数据流中没有这些位，由表２可知：２４位地址可分为５位保留位， ７位块地址，１０位页地址和９位页内字节地址。对于主寄存器阵列，页内字节的访问，如连续读主寄存器阵列，必须指定页及页内地址作为访问的首地址。同时还需注意，该命令２４位地址后还有３２位无关位输入。而对于缓冲区的访问？因缓冲区的大小为２６４字节，因此指定９位地址就可以了。此外，在块的擦除方面，由于是整块操作，所以，只需指定７位块地址而无需指定其它地址。

图２所示是连续读主寄存器阵列的时序。从时序图可看出，当ＣＳ为高电平时，ＳＩ输入的位流无效，此时，ＳＯ处于高阻态。当ＣＳ由高到低时，片选有效，此时将启动操作命令，在时钟ＳＣＫ的上升沿把ＳＩ上已备好的数据串行送入芯片（高位在前）。对于连续读主存储器阵列命令，其输入命令格式位流为：

０１１０１０００ ｒｒｒｒｒｐｐｐ ｐｐｐｐｐｐｐｂ ｂｂｂｂｂｂｂｂ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ｘｘｘｘｘｘｘｘ ，共６４位。当第６５个时钟到来时？ＳＯ由高阻态变为有效状态而输出数据，数据输出也是高位在前。

２、ＡＴ４５Ｄ０８１在税控加油机中的应用

２．１ 税控加油机对存储器的要求

税控加油机是对车辆、油罐等设备进行加油并进行税务管理的加油机器。为对加油过程进行有效监督管理，税控加油机必须达到国家要求的加油精度，并应显示每次加油的油价、加油量及加油金额，同时税控加油机也必须能够存储７年之内每天的加油记录，并提供查询接口。

为了满足税控加油机对数据存储的要求，存储器必须提供足够大的存储空间，且在掉电时不能丢失数据。同时应有较强的防数据误写功能以保证存储在存储器中税务数据的安全。基于多方面考虑？设计中选用了ＡＴ４５Ｄ０８１。

２．２ 税控加油机的功能结构

税控加油机主要由税控ＣＰＵ、主控ＣＰＵ以及其它一些外围设备组成。税控ＣＰＵ和主控ＣＰＵ之间是通过模拟的ＳＰＩ总线来通信的。主控ＣＰＵ通过ＳＫＨ向税控ＣＰＵ请求通信，税控ＣＰＵ通过ＳＫＬ作应答。通信数据先由一方放到双端口移位缓存中，然后通知对方到缓存中取数据。加油的工作过程如下，主控ＣＰＵ检测到提油枪信号后将向税控ＣＰＵ发出加油请求。如果税控ＣＰＵ允许加油，则一方面使能电机控制输入端Ａ，同时通知主控ＣＰＵ，主控ＣＰＵ接到通知后，立即使能电机控制端Ｂ，同时计算加油数据并通过ＳＰＩ协议总线传送到税控ＣＰＵ，再由税控ＣＰＵ驱动显示。当主ＣＰＵ检测到油枪挂起后，它一方面送出关电机信号，另一方面通知税控ＣＰＵ也送出关机信号。当然，主控ＣＰＵ也可以通过键盘向税控ＣＰＵ查询时间及其它信息。

２．３ 提高可靠性的设计措施

加油的数据由税控ＣＰＵ保存在ＡＴ４５Ｄ０８１中。为提高芯片的抗干扰能力，防止程序对芯片的误写，有效保护片内数据。硬件设计中采取了一些保护措施。其原理如下：

设ＣＳ为Ｑ０，ＲＤＹ为Ｑ１，ＣＰＵ的复位信号ＲＥ-ＳＥＴ为Ｃ。ＡＴ４５Ｄ０８１的复位信号ＲＥＳＥＴ１为Ｙ， 则Ｙ＝（Ｑ１Ｑ２）Ｃ。因此，当ＣＰＵ刚上电复位或由于主控ＣＰＵ运行出错（如程序跑飞）而使“看门狗”芯片ＭＡＸ８１３输出复位信号ＲＥＳＥＴ产生热复位时，系统迫使ＡＴ４５Ｄ０８１复位，同时禁止对该片的任何读写操作。当ＣＰＵ处于正常工作时，只有该片的片选信号有效，同时芯片处于就绪状态时，才允许对其进行访问，否则迫使芯片处于复位状态并禁止访问，这样就防止了外界对其进行误写，从而有效地保护了片内数据。

图3

２．４ ＡＴ４５Ｄ０８１的读写软件编程

ＡＴ４５Ｄ０８１有关引脚接线如图３所示，下面给出针对写缓冲区和连续读主存储器阵列命令的５１汇编语言软件编程。

;向缓冲区１写入数据

ｗｒｉｔｅｂｕｆ：

ｃｌｒ ＣＳ

ｍｏｖ ａ，＃８４ｈ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送命令码

ｃｌｒ ａ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送８位任意码

ｍｏｖ ａ，ｈｉ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送高字节地址

ｍｏｖ ａ，ｌｏ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送低字节地址

ｗｒｉｔｅｂｕｆ０：

ｍｏｖ ａ，＠ｒ０

;连续读主存储器阵列内容

Ｒｅａｄｍａｉｎ：

ｃｌｒ ＣＳ

ｍｏｖ ａ，＃６８ｈ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送命令码

ｃｌｒ ｃ

ｍｏｖ ａ，ｌｏｐａｇｅａｄｄ

ｒｌｃ ａ

ｍｏｖ ａ，ｈｉ_ｐａｇｅ_ａｄｄｒａｄｄ;

;合成２４位地址的９～１８位

ｒｌｃ ａ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ;送前８位

ｍｏｖ ａ，ｈｉ_ａｄｄｒ

ｒｒｃ ａ

ｍｏｖ ａ，ｌｏｐａｇｅａｄｄ

ｒｌｃ ａ ;合成２４位地址０～８位

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送第２个８位

ｍｏｖ ａ，ｌｏ_ａｄｄｒ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ ;送０～７位

ｃｌｒ ａ

ｍｏｖ ｒ３，＃０４Ｈ

ｒｅａｄｍａｉｎ０：

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ

ｄｊｎｚ ｒ３，ｒｅａｄｍａｉｎ０ ;送３２位无关位

ｒｅａｄｍａｉｎ１：

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｉｎ

ｍｏｖ ＠ｒ０，ａ

ｉｎｃ ｒ０ ;

;连续从指定的页及页内地址读出Ｒ２个数据

ｄｊｎｚ ｒ２，ｒｅａｄｍａｉｎ１ ; 送命令码

ｓｅｔｂ ＣＳ

ｒｅｔ

ＲｅａｄＳｔａｔｅ： ;读状态寄存器内容

ｃｌｒ ｆｍｃｓ

ＭＯＶ ａ，＃５７ｈ;

ｌｃａｌｌ ｏｕｔｃｏｍｍｏｎ

ｌＣＡＬＬ ｉｎｃｏｍｍｏｎ

ｓｅｔｂ ｆｍｃｓ

ｌｃａｌｌ Ｂｙｔｅ_ｓｈｉｆｔ_ｏｕｔ; 连续从Ｒ０指定的地址写入Ｒ２个数据到ＢＵＦＦＥＲ１

ｉｎｃ ｒ０

ｄｊｎｚ ｒ２，ｗｒｉｔｅｂｕｆ０

ｓｅｔｂ ＣＳ

ｒｅｔ

３、结束语

本文设计的税控加油机已通过国家税控认证及电磁兼容试验认证。产品投产５年来，运行一直稳定可靠，各项指标均达到国家要求标准。尚未发现存储在ＡＴ４５Ｄ０８１中的数据出现丢失和异常现象。

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