29C系列存储器串行扩展接口的设计

内蒙古科技大学

本 科 毕 业 论 文

论文题目：29C系列存储器串行扩展接口的设计 院 系： 物理科学技术学院 专 业： 应用物理学 姓 名： 学 号： 0809810046 指导教师：

二 〇 一 二 年 五月

摘要

本文以三个CD4094的级联与29C系列芯片的软硬件接口设计作为例子，介绍了29C系列大容量快闪存储器串行扩展接口的硬件电路设计及其程序编写。此设计克服了传统存储器并行接口占用单片机I/O口过多的缺点，在实际系统中取得良好的效果。

关键字：29C040 CD4094 串行扩展接口 存储器与单片机接口

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Abstract

This paper by three of the CD4094 cascade and 29 C series of software and hardware interface chip design as an example. Introduced the 29 C series large capacity flash memory expansion of the serial interface hardware circuit design and programming. This design overcome traditional memory parallel interface take microcontroller I/O mouth too many shortcomings, In the actual system has achieved good effect.

Key words:29C040； CD4094； Serial expand interface； Memory and single-chip

microcomputer interface

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目 录

引言 .................................................... 4 1 芯片特性简介 ........................................... 5 1.1 29C系列存储器芯片简介及读写操作 ................... 5 1.2 CD4094芯片简介 .................................... 6 2 系统总体方案设计 ....................................... 7 3 硬件电路设计 ........................................... 8 4 软件程序设计 .......................................... 10 4.1 读操作 ........................................... 10 4.2写操作 ........................................... 11 5 结束语 ................................................ 11 参考文献 ................................................ 12 致 谢 .................................................. 13

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引言

29C系列大容量快闪存储器只需要+5V电源并支持分页编程，此外，还具有硬件数据保护、软件数据保护、数据查询和自举模块和其他功能，在单片机系统中广泛应用。AT29系列的编程是一个简单的可重复的过程。将每种芯片的总存储量划分成为数个存储阵列（扇区），每次编程一个扇区，不同型号存储器的扇区容量和扇区数不相同，其标识也就不同。AT29C系列在单电源5V或3V时的编程时间分别为10ms或20ms。其中AT29C系列中的AT29C256共含有512个扇区，每个扇区为64字节；AT29C040含有1024个扇区，每个扇区各为512字节。如果在准备好数据和扇区号的情况下，所有AT29系列的编程可使用同一个算法，而仅需三条LOAD命令，称为“写保护数据”（SDP）。在三条命令之后是编程写入等待时间（Twc）。写数据保护手段可用于访问厂家标识、芯片标识、写数据和擦除数据等操作，而只有读数据操作不必事先进行“写数据保护”。三条LOAD命令按操作不同而略有区别。如访问芯片标识装入‘90H’和‘F0H’，写数据到指定扇区则为‘A0H’，而擦除操作则为‘80H’和‘10H’。三条LOAD命令的流程如图1所示。图中括号内为DATA总线上的数据，箭头右边是AT29的芯片地址。

三条LOAD命令系统

但是，29C系列快闪存储器采用并行接口。以29C040为例，除了电源与底线外，还有8条数据线（D0—D7）、19条地址线（A0—A18）、3条控制线（OE、

CE、WE），按常规与51单片机的连接需要占用单片机资源P0口用于数据传输，

占用P0、P2、P1等用于地址线及控制线。也就是说，单片机与29C040的接口被用了22个I/O口，大量占用单片机I/O口资源，限制了29C系列存储器在单片机中的应用。因此，有必要设计一种方案，是29C系列存储器与单片机连接时占用尽量少的I/O口资源。

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1 芯片特性简介

1.1 29C系列存储器芯片简介及读写操作

29C系列存储器芯片存储容量分别为1M/2M/3M,内部128Ｋ/256Ｋ/521Ｋ 8

位的快速闪存。

29C系列存储器是一种采用CMOS工艺制成的快闪存储器。其读访问时间为9ns，可与一般高速微处理器匹配而不需等待；为了避免总线冲突，设有两个选通端：芯片允许CE和输出允许OE；采用页编程；单一+5V电源；三态输出，输入/输出与TTL电平兼容；可循环擦写一万次。

芯片的读操作SRAM一样，当CE和OE是低电平，WE是高电平时，读写指定地址单元的数据。它有8条数据线（D0～D7）、19条地址线（A0～A18）、3条控制线（/OE、/CE、/WE）以及电源、地线共32个引脚，具体引脚分布如图所示。

AT29C040引脚图

AT29C040闪速存储器有如下几个特点：

（1）用5V单一电源供电，读、写操作使用同一电源，省去了一个12V的编程电源VPP ；

（2）编程前不需要附加的擦除操作，在编程期间，擦除操作会在芯片内部自动进行；

（3）在单个编程周期内，每次写一个扇区的数据，大大缩短了编程时间。AT29C040的扇区编程时间为10ms，而其他扇区的编程时间为数百 ms； （4）扇区容量小，减少了写数据时对系统内存资源的要求；

（5）软件数据保护SDP（Software Data Protect）功能。为了避免人为疏忽

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或者系统上电、掉电等因素引起对闪速存储器的误写操作， AT29C040设置了软件数据保护功能。其原理是对闪速存储器写操作前，必须按一定顺序送入三个字节的命令码，然后才能写入数据，否则数据不能被写入。 对AT29C040的读操作非常简单，类似于SRAM，不再赘述。这里主要讨论一下对它进行写操作的方法。首先在系统RAM区为AT29C040产生一个扇区的数据映像，即先将待写入的数据放入RAM中，接着送三字节的命令码到AT29C040中；然后将事先放在ram中的数据传送到AT29C040指定的扇区中；最后还要等待闪速存储器的写周期时间（10ms），以便将数据写入存储器中。其“写” 操作时序如图所示。

29C040写操作时序

1.2 CD4094芯片简介

CD4094 位移位存储总线寄存器: CD4094是带输出锁存和三态控制的串入/并出高速转换器，具有使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。

CD4094的引脚定义如图1。其中(1)脚为锁存端，(2)脚为串行数据输入端，(3)脚为串行时钟端。(1)脚为高电平时，8位并行输出口Q1～Q8在时钟的上升沿随串行输入而变化；(1)脚为低电平时，输出锁定。利用锁存端可方便地进行片选和级联输出控制。(15)脚为并行输出状态控制端，(15)脚为低电平时，并行输出端处在高阻状态，在用CD4094作显示输出时，可使显示数码闪烁。(9)脚QS、(10)脚Q′S是串行数据输出端，用于级联。QS端在第9个串行时钟的上升沿开始输出，Q′S端在第9个串行时钟的下降沿开始输出。当CD4094电源为5V时，输出电流大于3．2MA，灌电流为1 MA。串行时钟频率可达2．5MHZ。

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图一：

表1

注：↑表示上升沿；↓表示下降沿，L表示低电平，H表示高电平。

2 系统总体方案设计

通常29C040需要单片机19个I/O口来对应控制地址线A0-A18，本文设计方案利用三片CD4094来实现串行转并行控制，则只需要3个I/O口即可实现对19个地址线的控制。方案如图2所示。

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图2 系统总体方案

3 硬件电路设计

硬件电路连接如图3所示。图中CD4094引脚OE是片选，接高电平，即CD4094的功能表的后四种状态。CD4094的特性是带锁存器（STR）的串行移位寄存器。特在移位时钟的作用下移位的时候不影响并行输出。

29C040的数据I/O的D0-D7与51单片机P0口相接，OE、CE、WE、STR、DATA、口相接即可。串行扩展后具有电路简单，占用单片机I/O口较少等优点。

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图3 29C系列存储器串行扩展接口电路图 各引脚功能为： STR: 芯片锁存; DATA: 数据输入; CLK: 时钟信号输入.

单片机通过对这三个信号线的时序控制,当STR为高电平的时候,数据DATA在时钟CLK的上升沿串行移入移位寄存器,在时钟CLK的下降沿最后一个状态值移入QS,此时数据传输到下一片CD4094，即可指定三片CD4094并行输出端口的任意高低电平，也即可以随意指定29C040的读写地址线，从而实现对29C040的读取数据操作。

D0-D7： 数据输入/输出线，在写入周期时，片内数据锁存器锁存数据；在读周期时数据输出。

CE：芯片允许输入线（即片选），低电平有效；当为高电平时，芯片处于低功耗备用状态。

OE：输出允许输入线，低电平有效；在读周期时，控制芯片将数据缓冲器中的数据输出。

WE：写允许输入线，低电平有效；在写入周期，控制指令寄存器和存储单元陈列的写入。在下降沿锁存目标地址，在上升沿锁存数据。

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4 软件程序设计

4.1 读操作

在29C040的读操作类似于SRAM。当CE和OE均为低电平，且WE为高电平时，由地址线指定的数据就输出到输入/输出端口（D0-D7）上，此时单片机读取D0-D7即可获取数据。在此过程中，关键问题在于如何通过三片CD4094指定地址。下面给出CD4094的C语言程序。

#include Sbit data_4094=P1^1; Sbit data_4094=P1^2; Sbit data_4094=P1^0;

void write_byte_4094(unsigned char byte) {

unsigned char i; For(i=0;i﹤8;i++) {

clk_4094=0;

data_4094=byte&0x08; Byte=byte﹤﹤1; clk_4094=1; } }

void out_4094(void) {

stb_4094=0; Delayus(5);

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stb_4094=1; }

void main() {

Write_byte_4094(0xF4); Write_byte_4094(0xFF); Write_byte_4094(0x55); Out_4094(); }

4.2写操作

写入过程是按扇区重新写入的，即每次必须写入真个扇区的数据，如果一个

扇区内的一个字节数据改变，则整个扇区的数据都将被重新写入的。因此必须采用数据缓冲区来存放要写入的数据。

每个字节的写入时当OE为高电平，WE或CE为低电平在CE或WE的下降沿写入的，其中写入的地址由三片CD4094指定，CD4094的操作同读数据时的操作。

5 结束语

本文主要通过三个CD4094的级联，提出实现串行数据转换成并行数据，控制29C系

列存储器地址线的接口设计方法及应用，充分地发挥29C系列存储器的性能，同时又最大限度地节约占用单片机的I/O口（只占用14个I/O口，其中8个数据线还可以复用），灵活地拓展了29C系列存储器的应用范围。

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参考文献

[1] 肖毅，朱绍文，张大斌.新一代大容量闪存AT29C040在单片机系统中的应用[J].微计算机信息，2001,17(11):32-33.

[2] 伍小芹，康耀红.利用CD4094芯片驱动点矩阵LED[J].现代计算机，2002,6:99-100 [3] 张晶，曾宪云.闪速存储器AT29C040与单片机的接口设计[J].工业控制计算机，2003,16

（1）:58-60.

[4]阎石．数字电子电路．中央广播电视大学出版社．1993年

[5] 李士雄、丁康源．数字集成电子技术教程．高等教育出版社．2002年 [6] 唐志强.用4094实现LCD数码的交流驱动[J].电测与仪表，1999,2:53-54.

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致 谢

我要感谢，非常感谢我的指导老师郭景老师。他为人随和热情，治学严谨细心。从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，郭老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是郭老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，感谢郭景老师的关心、指导和教诲。

我在长达三个多月的毕业设计期间自始自终都是在郭景老师全面、具体的指导下进行的。郭景老师渊博的知识、敏锐的思维、民主而严谨的作风，使我受益匪浅，终生难忘。

同时也非常感谢我的同学和朋友们对我的关心和帮助。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/aaia.html