基于PIC单片机与串行闪存的SPI接口设计

引 言

PIC单片机以性能稳定、品种众多等特点在工业控制、仪器仪表、家电、通信等领域得到广泛应用。虽然很多型号自身集成了存储器，但在很多情况下难以满足系统对大容量存储的要求，需要外扩非易失性的存储器。与并行Flash存储器相比，串行Flash存储器占用MCU引脚少，体积小，易于扩展，接线简单，工作可靠，故而越来越多地应用在各类电子产品和工业测控系统中。本文主要讨论PIC16F877A单片机与串行闪存M25P16之间的SPI通信，在要求大容量数据存储且MCU引脚资源有限的情况下具有实用价值。

1 SPI工作原理

SPI(Serial Peripheral Interface)是一种常用的串行通信协议，用于MCU系统与外围设备的通信，可用来连接存储器、A／D转换器、D／A转换器、实时时钟、LCD驱动器、传感器，甚至其他处理器。SPI主要使用4个信号：MOSI(主机输出／从机输人)、MISO(主机输入／从机输出)、SCK(串行时钟)和CS(片选)。其中，SCK由主机产生，作为传输的同步时钟，控制所有数据传输。主机通过触发从设备的CS决定二者之间的SPI传输是否能够进行。主机和外设都包含1个串行移位寄存器。主机通过向自己的SPI串行寄存器写入1个字节来发起1次传输，然后通过MOSI信号线将数据传给外设，同时外设将自己移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机，如图1所示。这样，两个移位寄存器中的内容就交换了。也就是说，外设的写操作和读操作是同步完成的。在实际应用中，如果只进行写操作，则主机只需忽略收到的字节即可；如果主机要读外设的数据，必须发送1个字节来引发从机的传输，发送的这个字节可以是任意数据。



2 M25P16简介

M25P16是16 Mb的串行闪存，具有先进的写保护机制，支持速度高达50 MHz的SPI总线的存取操作。该存储器有32个扇区，每个扇区256页，每页256字节。工作电压范围2.7～3.6 V，工作温度范围-40～+85℃。数据保存长达20年，每个扇区可擦写／编程100 000次。

M25P16支持的操作指令共有12条。指令格式为：



其中，8位的命令字是必需的，地址、哑元以及数据字节的有无和长度会因指令的不同而有所差别，详情如表1所列。所有的命令码、地址、串行输入／输出的数据，均是高位在前，低位在后。



对M25P16操作时，先选中芯片(即片选信号S拉低)，然后串行输入操作指令字节，紧接着串行输入地址字节(0或3字节)，必要时还要加入哑读字节，最后串行输入／输出数据字节，然后把片选信号拉高，之后M25P16启动内部控制逻辑，自行完成相应的操作。