基于PIC單片機與串行閃存的SPI接口設計

引 言

PIC單片機以性能穩定、品種眾多等特點在工業控制、儀器儀表、家電、通信等領域得到廣泛應用。雖然很多型號自身集成了存儲器，但在很多情況下難以滿足系統對大容量存儲的要求，需要外擴非易失性的存儲器。與并行Flash存儲器相比，串行Flash存儲器占用MCU引腳少，體積小，易于擴展，接線簡單，工作可靠，故而越來越多地應用在各類電子產品和工業測控系統中。本文主要討論PIC16F877A單片機與串行閃存M25P16之間的SPI通信，在要求大容量數據存儲且MCU引腳資源有限的情況下具有實用價值。

1 SPI工作原理

SPI(Serial Peripheral Interface)是一種常用的串行通信協議，用于MCU系統與外圍設備的通信，可用來連接存儲器、A／D轉換器、D／A轉換器、實時時鐘、LCD驅動器、傳感器，甚至其他處理器。SPI主要使用4個信號：MOSI(主機輸出／從機輸人)、MISO(主機輸入／從機輸出)、SCK(串行時鐘)和CS(片選)。其中，SCK由主機產生，作為傳輸的同步時鐘，控制所有數據傳輸。主機通過觸發從設備的CS決定二者之間的SPI傳輸是否能夠進行。主機和外設都包含1個串行移位寄存器。主機通過向自己的SPI串行寄存器寫入1個字節來發起1次傳輸，然后通過MOSI信號線將數據傳給外設，同時外設將自己移位寄存器中的內容通過MISO信號線返回給主機，如圖1所示。這樣，兩個移位寄存器中的內容就交換了。也就是說，外設的寫操作和讀操作是同步完成的。在實際應用中，如果只進行寫操作，則主機只需忽略收到的字節即可；如果主機要讀外設的數據，必須發送1個字節來引發從機的傳輸，發送的這個字節可以是任意數據。



2 M25P16簡介

M25P16是16 Mb的串行閃存，具有先進的寫保護機制，支持速度高達50 MHz的SPI總線的存取操作。該存儲器有32個扇區，每個扇區256頁，每頁256字節。工作電壓范圍2.7～3.6 V，工作溫度范圍-40～+85℃。數據保存長達20年，每個扇區可擦寫／編程100 000次。

M25P16支持的操作指令共有12條。指令格式為：



其中，8位的命令字是必需的，地址、啞元以及數據字節的有無和長度會因指令的不同而有所差別，詳情如表1所列。所有的命令碼、地址、串行輸入／輸出的數據，均是高位在前，低位在后。



對M25P16操作時，先選中芯片(即片選信號S拉低)，然后串行輸入操作指令字節，緊接著串行輸入地址字節(0或3字節)，必要時還要加入啞讀字節，最后串行輸入／輸出數據字節，然后把片選信號拉高，之后M25P16啟動內部控制邏輯，自行完成相應的操作。