Flash存储器及其在MCS_51系统中的应用.pdf

Flash 存储器及其在 MCS-51 系统中的应用 收稿日期 :2004-10-11 作者简介 :刘文洲 (1967,2- ) ,男 (汉) ,吉林 ,高级工程师 主要研究微型计算机控制技术及风力发电。 刘文洲1 ,王贤勇2 ,任纪川2 ,孟祥萍3 (11 长春工程学院 爱华公司 ;2 1 东北电力学院 ,吉林 132012;3 1 电气工程系 ,长春 130012) 摘　要 :介绍了 Flash 存储器的特性和应用场合 ,在 16 位地址总线中扩展大容量存储的一般方法。讨 论了 MCS-51 系列单片机与 Flash存储器的硬件接 口方式和软件编程过程 ,以及在应用中应该注意的 问题 ,并以 W29C040为例 ,给出了实际原理图和有 关实现。 关键词 :Flash存储器 ;单片机 ;MCS-51; 系统扩展 中图分类号 :TP36811 文献标识码 :A 文 章 编 号 :100928984(2005) 0120055204 1 　Flash存储器的特性和应用场合 Flash存储器是在 EPROM和 EEPROM的制造技 术基础上发展起来的一种可擦除、非易失性存储元 件。1983 年 Intel 公司提出 EPROM隧道氧化层 E2 TOX( EPROMTunnelOxide)原理 ,1988 年推出了可快 速擦写的非易失性存储器 FlashMemory, 随后 Toshi2 ba 公司又推出基于 FowlerNordheim的冷电子擦除原 理和 EEPROM的 NAND体系结构的 FlashMemory。 根据采用的工艺不同 ,FlashMemory至少有以下 5 种常用的体系结构 :最初的 2 种占主流的是 Intel 的“或非”(NOR) 型和 Toshiba的“与非”(NAND) 型 , 后来 Hitachi 和 Mitsubishi在 NOR 型的基础上吸收 NAND型的优点分别开发出“与”(AND) 型和采用划 分位线技术的 DiNOR(Dividedbit-lineNOR ) 型 ,另 外美国 Sundisk则采用一种独特的 Triple-Poly 结构 来提高存储器的密度。 目前商品化的 Flash 存储器大多是用 1μm 的 CMOS工艺制成的 ,其基本存储单元和 EPROM一 样 ,是一种浮栅器件 ,图 1 为一个存储单元的示意 图。在浮栅和硅衬底之间有一层薄薄的氧化物质 , 当在控制栅极和漏极上加上高电压 ,源极接地时 ,沟 道中电子由源极流向漏极。部分电子会在漏极附近 被加速成为“热电子”,他们在控制栅极高电位的吸 引下穿过氧化物质绝缘层 ,附着在浮栅上 ,使浮栅带 电而引起阀值电压升高 ,使该元件处于高阀值电压 状态。浮栅上电荷的保护期与 EPROM器件相同 ,可 超过 100 年。擦除浮栅上存储电荷使该元件返回到 低阀值电压状态的方法则与 EEPROM相似 ,只要将 控制栅极接地 ,在源极上加上高电压 ,浮栅上的电荷 便会穿过氧化物薄层流向源极。由于一块集成块上 所有单元的源极内部是连在一起的 ,因此 Flash存储 器只能是整片擦除 ,这一点又与紫外线擦除的 E2 PROM相同。一些较新的 Flash存储器 ,把整个芯片 的存储单元划分为若干个扇区 (或称为块、页) ,芯片 既可以整片擦除 ,也可以对指定扇区擦除。 图 1 　一个存储单元的示意图 在单片机的早期应用中 ,对于一些可以改变、但 是不会频繁修改的参数 ,一般只是用硬件开关来实 现 ;引入 EEPROM后 ,可以将少量的参数、关键数据 用软件方式长期存储起来 ,但是要保存大量的数据 仍是难以满足。在单片机系统中使用 Flash存储器 , 可以有效地将单片机系统的灵活性和大容量存储结 合起来 ,用简单的设计完成复杂的任务。 本文以流行的 MCS-51 系列单片机和 Winbond 公司的 W29C040为例 ,介绍接口方法和编程应用。 2 　在MCS-51 系统中的硬件接口方法 W29C040有 512K×8 位存储容量 ,按页组织 ,每 页 256 字节。+5V 电压就可完成擦除或编程写入 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 　　　 ISSN100928984 CN2221323/N 长春工程学院学报 (自然科学版) 2005 年 第 6 卷 第 1 期J.ChangchunInst.Tech. (Nat.Sci.Edi. ) ,2005 ,Vol.6,No.1 19/2455258 操作。写入速度快且功耗低 (工作电流为 25mA,闲 置电流为μA 级) ,写入一页数据的时间为 5ms, 写入 一个字节的典型时间周期为 19.2μs; 读取时间根据 具体型号分别为 70/90/120ns 。所有的输