串行Flash存儲器具有體積小、功耗低、管腳少、掉電不丟失數(shù)據(jù)等諸多優(yōu)點，在IC卡和便攜式智能檢測儀表中廣泛的應(yīng)用。而在這類芯片中ATMEL公司生產(chǎn)的AT45D041存儲容量較大(4Mb)，因而在某些要求大容量存儲數(shù)據(jù)的場合具有重要的應(yīng)用價值，主要用于存放一些保密性要求不高、數(shù)據(jù)量極大的數(shù)據(jù)，如聲音、圖像或采集數(shù)據(jù)等。他們大都是SPI接口，對他們的通訊，通常采用帶SPI通訊協(xié)議的微處理器。但有些單片機沒有SPI接口，如51系列的單片機，通常采用I／O端口模擬SPI接口，此方法對速度要求不高的場合還可以使用，但程序編制比較復(fù)雜。本文將介 紹一種通過51系列單片機的串行口與AT45D041芯片通訊的方法，此方法不僅編程簡單，且運行速度高，是一種值得推薦的編程方法。

1 AT45D041的工作原理

AT45D041是具有4 325 376位的大容量存儲器，他們被分成2 048頁(對應(yīng)地址為PAl0一PA0)，每頁264B(對應(yīng)地址BA8～BA0)。這些存儲器被稱之為主存儲器，此外AT45D041還有2個264 B的緩沖區(qū)Bufferl和Buffer2，當主存儲器的某頁正在被使用時，這2個緩沖區(qū)允許接收數(shù)據(jù)。當片選CS有效時，數(shù)據(jù)的傳輸在時鐘信號SCK的同步下，通過SI(輸入)和SO (輸出) 進行。其原理框圖如圖1所示。

表1為包含AT45D041芯片IC卡管理定義。

AT45D041的工作頻率可達10MHz，工作電壓為5 V±10％，工作電流讀為25 mA，寫為50 mA，數(shù)據(jù)保持可達100年，工作溫度為0～70℃，根據(jù)要求可超過指定工作溫度，通訊協(xié)議為SPI串行接口方式0和方式3。

2 AT45D041與AT89C55的接口

由于AT45D041只有一個管腳進行命令、數(shù)據(jù)的輸入和數(shù)據(jù)的輸出，其命令和數(shù)據(jù)都是串行輸入的，工作時序圖如圖2所示。

從圖2可以看出，輸入數(shù)據(jù)時，SCK的上升沿前后一段時間分別為建立時間tsu (>10 ns)和保持時間tH (>25 ns)，輸入接口應(yīng)在SCK上升前tsu時段內(nèi)將數(shù)據(jù)準備好，并在其后的tH時段內(nèi)保持該數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)時，SO僅在SCK下降沿rv (<80 ns)時間后有信號輸出，并在下一個時鐘下降沿到來時消失(tHo＝0)，接口電路應(yīng)在有效輸出時間內(nèi)讀取數(shù)據(jù)。

51系列的單片機都具有至少一個全雙工串行接口，他支持4種工作方式，這里采用方式0，作為移位寄存器輸入輸出。其工作時序圖如圖3所示。

串行口以振蕩頻率的1／12波特率接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，RXD為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端，TXD為同步移位信號輸出端。
本系統(tǒng)采用AT89C55單片機芯片實現(xiàn)與AT45B041的接口，負責(zé)傳感器信號的采集、存儲與讀取及顯示，其硬件接口電路圖如圖4所示。

圖4中P1.0接IC卡的CS信號，P1.1接R／B信號，P1.2接RST信號，IC卡的SCK接單片機的TxD，SI和SO接在一起與單片機的RxD相連。P0口接AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換)芯片和LCD(液晶顯示屏)，P2口接鍵盤。
工作原理是，AD采樣數(shù)據(jù)一方面通過單片機直接存入IC卡，另一方面通過計算顯示在液晶屏上。系統(tǒng)的采樣速度要求達到1kHz，這對于12MHz主頻的AT89C55單片機速度要求很高，這就要求花在存儲方面的時間盡量少。因系統(tǒng)不需要與外界通信，單片機的串口閑置，這樣，可以考慮利用單片機的串口，來提高存儲速度。由于AT45D041只支持SPI通訊的模式0和3，而AT89C55單片機支持移位寄存器輸入／輸出工作方式。這樣可以把AT45D041當作移位寄存器來操作。但51系列單片機的串口都是先輸出低位，后輸出高位。這與AT45D041的定義正好相反。為此在通過UART輸出數(shù)據(jù)之前必須將其進行轉(zhuǎn)換。當然，通過查表可以解決這一難點。

3 單片機編程

下面以一個檢測IC卡狀態(tài)的C語言程序來說明對這種存儲器的編程方法。(關(guān)于AT45D041存儲器的操作時序及命令，參閱AT45D041的器件說明書。)
／／定義查表矩陣 unsigned char code concode[256]={ 0x00，0x80，0x40，0xc0，0x20，0xa0，0x60，0xe0，0x10， 0x90，0x50，0xd0，0x30,0xb0，0x70，0xf0， ... ... 0x0f，0x8f，0x4f，0xcf，0x2f，0xaf，0x6f，0xef，0xlf，0x9f，0x5f，0xdf，0x3f，Oxbf，0x7f，Oxff}； ／／檢查IC的有效性函數(shù)bit testcard(void){ unsigned char tmp； cs45＝0； SCON=0； SBUF=concode[0x57]； ／／讀狀態(tài)寄存器命令為0x57 while(!TI)； SCON=0x10； while(!RI)； tmp=concode[SBUF]； ／／tmp內(nèi)為狀態(tài)寄存器值 cs45=1 if((tmp&0x38)==0x18) return (0); ／／是AT45d041卡，返回0 return(1); ／／不是AT45d041卡，返回1 }
AT45D041芯片的狀態(tài)寄存器結(jié)構(gòu)如下：

位7為0表示忙；為1表示閑，可以接收下一條指令。 位6為0表示主存儲區(qū)數(shù)據(jù)與緩存區(qū)比較匹配，否則為不匹配。 位5、位4、位3對于AT45D041為"011”(二進制)。

4 總體性能評價

在此系統(tǒng)中，單片機需采樣8路12位信號，并把他們保存在數(shù)據(jù)IC卡中。只需帶回IC卡，通過IC卡讀寫器把數(shù)據(jù)讀入計算機，便可以進行數(shù)據(jù)的離線處理、分析。可以看出，僅采用幾個廉價芯片，便組成一個性能可觀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
從以上程序可以看出，數(shù)據(jù)傳送的速率基本上與單片機的機器周期相同。而通過以前的I／O端口模擬SPI端口的操作中，數(shù)據(jù)傳送的速率不到機器周期的1／3。另外，在串口傳送數(shù)據(jù)的過程中，CPU還可以同時進行其他的指令?？傮w性能要比采用I／O端口模擬SPI端口的操作快上4倍以上。
在以上的快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，花在存儲方面的時間相對很少，這樣，一方面數(shù)據(jù)采集的速率可以提高；另一方面單片機有充足的時間計算、分析數(shù)據(jù)，處理LCD顯示，鍵盤中斷等。減少存儲所花的時間，對整體性能的提高有著顯著的意義。
當然，采用以上方式操作SPI口，需要對所操作的芯片的操作時序比較了解，如果操作失誤，可能產(chǎn)生線路沖突(單片機和SPI口同時輸出)。這樣雖然對器件沒有多大的損害，因為芯片端口都有保護電路。當然是采用帶有SPI端口操作的單片機，這里是對某些情況下不得已采用的方法，也有一定的實用價值。