1 引 言

如今隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)正在智能化儀表、實(shí)時控制系統(tǒng)等方面發(fā)揮著巨大的作用。在許多實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常面臨的問題是需要支持大容量的數(shù)據(jù)存儲功能。

但是采用常規(guī)擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器的方法，需要大量的地址總線和數(shù)據(jù)總線引腳，因而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，其容量受到微處理器地址總線和數(shù)據(jù)總線數(shù)量的極大限制。由于單片機(jī)的引腳數(shù)都相對較少，沒有足夠多的引腳用作外部數(shù)據(jù)存儲器的地址總線，為了解決這一矛盾，本文以MSP430F12X2[1]單片機(jī)和AT45DB081[2]芯片為例，介紹了一種利用串行外設(shè)接口(SPI)擴(kuò)展大容量數(shù)據(jù)存儲器的方法。并給出初始化以及數(shù)據(jù)讀寫操作子程序。

2 硬件簡介

MSP43 F12X20是一款超低功耗的混合信號控制器，具有16位RISC結(jié)構(gòu)，有著豐富的片內(nèi)外設(shè)，主要包括有看門狗、定時器、比較器、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、ADC、I／O端口、串口(USART)等，還集成有64 kB的FLASHROM和2 kB的RAM。其功能強(qiáng)大，應(yīng)用場合廣泛。特別適合應(yīng)用于智能儀表、智能化家用電器、電池供電的便攜式設(shè)備等產(chǎn)品中。相對于其他單片機(jī)MSP430 F12X2還具有以下特點(diǎn)：

(1)MSP430F12X2內(nèi)部預(yù)設(shè)了JTAG模塊，他使得每一個單片機(jī)芯片都具有完整的在線調(diào)試功能，而不必使用較復(fù)雜的仿真調(diào)試工具；

(2)MSP430F12X2中的FLASH在線編程技術(shù)可以完成除了采用外部編程器進(jìn)行燒寫外，用戶可以利用自己的程序修改FLASH內(nèi)容，且不需要外加編程電壓；

(3)MSP430F12X2中的BOOTSTRAP技術(shù)使芯片具有片內(nèi)的BOOT ROM，可以實(shí)現(xiàn)程序代碼的下載和上載。

AT45DB081是Atreel公司推出的工作電壓為2．7～3．6 v，可在系統(tǒng)可重復(fù)擦寫并兼容SPI的FLASH數(shù)據(jù)存儲器。內(nèi)部有4 096頁、每頁264個字節(jié)，共計8 MB的主存儲器容量以及2個264字節(jié)的SRAM數(shù)據(jù)緩存器。支持在系統(tǒng)重復(fù)編程，不需要較高的編程電壓，只需要芯片的工作電壓2．7～3．6 V就可以完成對FLASH的讀寫操作。AT45DB081通過一個三線接口(包含串行輸入SI、串行輸出SO、串行時鐘SCK)在片選信號的配合下進(jìn)行訪問。這種串行接口FLAS[{存儲器十分適用于要求存儲量大而引腳資源較少、電源電壓低和低功耗的應(yīng)用領(lǐng)域。

3 硬件原理圖

MSP430F12X2與AT45DB081的硬件連接原理圖如圖1所示。

圖1中將MSP430F12X2的P3．1，P3．2和P3．3引腳配置為SPI的MOSI(主出從人)、MISO(主出從入)CLK(串行時鐘)和信號線，分別與AT、45DB081的串行輸入、串行輸出和時鐘引腳相連。將P2．0，P2．1，P2．2與AT45DB081的芯片片選、復(fù)位和忙閑狀態(tài)引腳相連。由于RDY／BUSY為漏極開路，因而需加上拉電阻輸出[2]。

4 AT45DB081的操作及操作碼

對AT45DB021B的操作是由主機(jī)發(fā)出的指令控制，一個有效的指令在 的下降沿開始，包括一個8位的操作碼和要進(jìn)行操作的頁地址和緩沖區(qū)地址的位置。表1列出了AT45DB021B的主要的操作方式和對應(yīng)的操作碼。

(1) 狀態(tài)存儲器

他是AT45DB021B內(nèi)的一個8位的只讀存儲器，用于指示其工作狀況，如表2所示，BIT7用于顯示AT45DB021B的狀態(tài)，BIT7位＝1時，說明AT45DB021B不忙，可以對其進(jìn)行指令操作，BIT7位＝0時，指示AT45DB021B忙，可以通過檢測BIT7位實(shí)時了解AT45DB021B的狀態(tài)。BIT6 COMP用于顯示主存儲器頁面與緩存器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較的結(jié)果，當(dāng)比較結(jié)果匹配COMP＝0，否則COMP＝1。

(2) 通過緩沖存儲器對主存儲器寫操作

命令碼為：操作碼5位保留碼10位頁地址碼9位頁內(nèi)起始地址碼，其中操作碼為82H時，數(shù)據(jù)通過緩沖存儲器1向主存儲器寫，為85H時，數(shù)據(jù)通過緩沖存儲器2向主存儲器寫操作。

(3) 主存儲器頁讀

主存儲器頁讀指令可以對1024頁中的任意頁進(jìn)行讀操作，命令碼為：8位操作碼，5位保留碼，10位頁地址碼，9位頁內(nèi)起始地址碼，32位無關(guān)碼；操作碼為52H或D2H，5位保留碼用于對片子的上下兼容，10位頁地址碼用于確定對主存儲器的哪一頁進(jìn)行操作，9位頁內(nèi)起始地址碼來確定頁內(nèi)操作的起始地址，后32為無關(guān)碼用來配合時序。當(dāng) 為0時，主機(jī)向器件的SCK引腳發(fā)送時鐘信號，引導(dǎo)操作碼和地址從SI引腳寫入器件，當(dāng)最后一位寫入后的下一個時鐘周期，頁內(nèi)數(shù)據(jù)將從SO引腳輸出。

5 軟件流程及讀寫程序

MSP430F12X2單片機(jī)對AT45DB081進(jìn)行初始化以及數(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、將P3．1，P3．2和P3．3引腳配置為SPI接口，設(shè)置SPI特殊狀態(tài)寄存器和復(fù)位數(shù)據(jù)存儲器。

單片機(jī)通過P2．2讀取AT45DB081的忙閑狀態(tài)引腳來判斷存儲器是否空閑，若P2．2為"1"表示存儲器空閑，否則表示存儲器忙。當(dāng)存儲器空閑時通過P2．0引腳輸出"0"作為存儲器的片選信號。選中存儲器后可以參照表1，通過SPI發(fā)送命令字完成對AT45DB081的相應(yīng)讀寫操作。對AT45DB081進(jìn)行初始化以及數(shù)據(jù)讀寫操作的子程序[3]如下。

6 結(jié) 語

本文的創(chuàng)新意義在于在占用：MSP430F12X2單片機(jī)引腳數(shù)極少的情況下實(shí)現(xiàn)了大容量外部存儲器的擴(kuò)展方法，使得單片機(jī)在擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器中改并行訪問為串行訪問，不再需要大量的地址和數(shù)據(jù)總線引腳。這種方法同樣可推廣到其他帶有SPI接口的微處理器。在數(shù)據(jù)采集，智能儀表中都具有很強(qiáng)的實(shí)用意義。