一种大容量数据存储器在16位单片机系统上的应用

摘要:介绍了Samsung公司生产的一款NAND Flash 数据存储器K9F1G08U的特性及其在Mitsubishi公司生产的16位单片机M30802SGP上的应用。

关键词:NAND;FLASH;数据存储;M30802SGP

中图分类号:TP36 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0021-01

0引言

在一些以单片机为核心的应用案例中,我们经常会遇到如SRAM或NOR FLASH存储器的容量不能满足实际的需求,而单片机本身的地址资源有限,扩展太多片SRAM或NOR FLASH,成本又让设计者无法接受,那么在单片机系统中如何解决既能降低成本又能突破存储器容量限制的瓶颈呢?NAND结构的FLASH存储器件就是我们一个很好的选择。NAND结构的FLASH具有体积小,功耗低,容量大(可达到1GB),擦除和写入速度快,通过I/O0～I/O7作为命令/地址/数据分时复用,目前已被广泛的应用到如PDA,U盘,CF,SD及MMC存储卡等领域。现将讲述Samsung公司生产的一款NAND FLASH数据存储器K9F1G08U及其在Mitsubishi公司生产的16位单片机M30802SGP系统上的应用。

1NAND FLASH器件K9F1G08U介绍

NAND 结构的FLASH是SAMSUNG公司开发的一款大容量的存储器件,容量从16MB到1GB,我们主要介绍128MB的NAND FLASH器件K9F1G08U。其主要引脚如下:

I/O0-I/O7:8个命令/地址/数据复用的I/O口;

CLE:命令锁存使能;

ALE:地址锁存使能;

#CE: 片选使能信号,低电平有效;

#RE: 读使能信号,低电平有效;

#WE:写使能信号,低电平有效;

#WP:写保护信号,低电平有效;

R/#B:高电平:READY信号,低电平:BUSY信号;

PRE: 如PRE接VCC,芯片上电后为自动读状态。

其主要性能如下:

工作电压为2.7~3.6V;

数据寄存器容量为2K+64B,缓冲寄存器容量为2K+64B,页容量为2KB;

数据保持长达10年,编程和擦除可高达10万次;

编程的典型时间为300us,块擦除典型时间为2ms;

命令寄存器的操作方式;

封装为TSOP1-48PIN;

K9F1G08U由1024个块(block)构成,1个块有64页,1页有2112字节。访问每一页的地址都要通过I/O0-I/O7送出列地址1(A0-A7),列地址2(A8-A11),行地址1(A12-A19),行地址2(A20-A27)。

2应用电路

2.1与单片机系统的连接在实际应用系统中,MCU是采用Mitsubishi公司生产低功耗,高性能,抗干扰能力强的16位单片机M30802SGP。该器件具有丰富的系统资源:内部10K的SRAM,29个内部、8个外部中断源,5个输出、6个输入16位定时器,5个串口,10位8通道的A/D,8位2通道的D/A,4个输出片选,123个可编程的I/O口,一个看门狗,还有CRC,DMAC等,可谓是功能强大的单片机了。但为了满足系统对大容量存储器的需要,使用了NAND FLASH器件K9F1G08U。

NAND FLASH的数据信号,控制信号,片选分别连接于系统MCU M30802SGP的8位数据总线,I/O口和片选上。

2.2 具体控制M30802SGP对K9F1G08U的各种工作模式如读,写,擦除,复位等是通过表1中的命令控制字来操作,执行时地址、命令输入及数据的输入和输出,则是通过K9F1G08U的CLE、ALE、#CE、#WE、#RE、#WP、PRE控制信号进行。

2.3 时序分析限于篇幅,这里仅以K9F1G08U的控制逻辑的读模式为例具体分析下K9F1G08U的工作时序。首先,通过单片机确保#CE,CLE有效,#RE,ALE无效下,通过I/O口向K9F1G08U的命令寄存器发送命令00H,随后在ALE有效,CLE无效情况下,发送地址(连续发送两个列地址,两个行地址),然后再在CLE有效,ALE无效下发送命令30H,当将读模式的信息发送完成后,应该通过R/#B判断芯片是否处于忙状态,不忙时,才可读取数据。读取数据时,#WE信号处于无效状态。

由于M30802SGP的单片机系统是5V电平,而NAND FLASH器件 K9F1G08U是3.3V电平,两者电平信号不匹配,于是在上述电路中进行了电平转换,否则,两者电平不一致,会导致系统工作不稳定,这是值得大家注意的地方。

3小结

在使用NAND结构 FLASH K9F1G08U的时候需要注意的地方:(1)选用的单片机最好是高性能,内部SRAM容量尽量要大;(2)I/O口充足,可方便的编程为输入输出口;(3)NAND FLASH的操作时序是ns级,要注意指令的顺序和合理的安排空指令,以达到其精确的时序要求;(4)单片机系统与NAND结构FLASH器件电平要匹配,如果不一致应进行电平转换,保证接口电平一致,以确保系统工作稳定。

对于实际应用大容量数据存储器的单片机系统,这里的NAND结构FLASH可是一个很好的解决方案。

参考文献:

[1]K9F1G08UData Sheet.

[2]M30802SGP Data sheet.