AT45DB021B在电力参数监测中的应用

AT45DB021B在电力参数监测中的应用

西北工业大学自动化学院 梅晓东

概述

在智能电力设备中，往往要对电网的一些历史数据进行记录，以便更好的了解电网的运行状况，因此需要一个大容量、接口方式简单的存储器，AT45DB021系列是一个较好的选择。AT45DB021B是264Kbyte串行接口可编程闪速存储器，该器件具有SPI串行接口，可以方便的与单片机和微机通讯，同时还具有体积小、存储量大、电压低等优点。

主要特性

AT45DB021B的主要特点如下：

1．单电源供电（2.7V-3.6V），SPI串行接口符合SPI标准；

2．具有264Kbyte主存储器，1024页，每页264字节；

3．低功耗，4mA的典型读电流，休眠电流2 A；

4．20MHz的时钟频率，具有硬件写保护功能；

5．带有双264 字节的数据缓冲器，可在对主存储区操作同时对缓冲区写入或读取数据；

6．具有多种封装形式。

本文采用8管脚的SOIC封装形式，具有体积小的优势，其封装外形见图1及引脚功能见表1。

工作原理

AT45DB021B主存储区共分1024页（PAGE），每页264字节，共2,162,688位，此外，还有2个SRAM数据缓冲区（264字节/BUFFER），可以对主存储区任一页和任一数据缓冲区中的任一起始地址进行数据读或写操作，对主存储区的读写操作可以直接进行也可以通过任一数据缓冲区，另外一个显著的特点就是在对主存储区进行操作的同时，还可以对任一数据缓冲区进行读写。由于AT45DB021B具有SPI串行接口，因此硬件连接十分简单。该芯片具有在线可编程功能且不需要高的编程电压（编程电压仍为电源电压）。图2为AT45DB021B的内部结构框图。

对AT45DB021B的操作由主机发出的指令控制，一个有效的指令在 /CS的下降沿开始，包括一个8位的操作码，要进行操作的页地址和缓冲区地址的位置，所有指令和数据都从位开始。表2是AT45DB021B的主要的操作命令。

操作命令说明：

1．关于状态存储器：它是一个8位的只读存储器，用于指示AT45DB021B的工作状况，如图所示：

BIT7用于显示AT45DB021B的状态，BIT7位＝1时，说明AT45DB021B不忙，可以对其进行指令操作，BIT7位＝0时，指示AT45DB021B忙，可以通过检测BIT7位来实时了解AT45DB021B的状态，以下几种操作将导致BIT7位＝0：使用内建擦除周期从缓存到主存传送操作，不使用内建擦除周期从缓存到主存传送操作，页擦除操作，主存储器页读写操作等。

2．主存储器页读：主存储器页读指令可以对1024页中的任意页进行读操作，命令码为：8位操作码+5位保留码+10位页地址码+9位页内起始地址码+32位无关码；操作码为52H或D2H，5位保留码用于对片子的上下兼容，10位页地址码用于确定对主存储器的哪一页进行操作，9位页内起始地址码来确定页内操作的起始地址，后32为无关码用来配合时序。当/CS为0时，主机向器件的SCK引脚发送时钟信号，引导操作码和地址从SI引脚写入器件，当一位写入后的下一个时钟周期，页内数据将从SO引脚输出。

3．通过缓冲存储器对主存储器写操作：
命令码为：操作码+5位保留码+10位页地址码+9位页内起始地址码，其中操作码为82H时，数据通过缓冲存储器1向主存储器写，为85H时，数据通过缓冲存储器2向主存储器写操作。

应用实例

AT45DB021B具有264Kbyte的主存储区，因此可广泛应用于数据存储等领域 ，可与单片机构成一个大容量的数据采集系统，在智能高压无功补偿器中，AT45DB021B用于存储过去60天的电压、电流的有效值和电网的一些运行参数，以便了解电网的历史运行状况，这是一般存储器达不到的。图3给出了由MSP430F149超低功耗FLASH型单片机与AT45DB021B构成的数据存储电路，并给出了对AT45DB021B读写操作的C语言程序，由于AT45DB021B具有SPI接口，具体的时序要满足SPI时序要求，在此不再详述。

#include <Msp430x14x.h>
#define SCK_1 P4OUT = BIT7 //SCK=1
#define SCK_0 P4OUT &=~ BIT7 //SCK=0
#define SI_1 P5OUT = BIT0 //CPU向AT写1
#define SI_0 P5OUT &=~ BIT0 //CPU向AT写0
#define SO_IN ((P5IN & 0x02) == 0x02) //CPU读.
#define DIR_IN P5DIR &=~ BIT1; P5OUT = BIT1 //I/O输入，接受AT的数据
#define DIR_OUT P5DIR = BIT1; P5OUT = BIT1 //I/O输出
#define STARTOP P4OUT = BIT6; _NOP(); P4OUT &=~ BIT6
#define ENDOP P4OUT &=~ BIT6; _NOP(); P4OUT = BIT6
#define HIGHTOLOW {_NOP(); SCK_1; _NOP(); SCK_0; _NOP();}
int tempArray[150];
void Init(void) //MSP430F149引脚初始化；
{
P4DIR = BIT6;
P4OUT = BIT6;
P4DIR = BIT7;
P4OUT = BIT7;
P5DIR = BIT0;
P5OUT = BIT0;
P5DIR = BIT1;
P5OUT = BIT1;
}
写一字节子程序：
void Wr1byte(unsigned char tt)
{ unsigned char i;
for (i=0; i<8; j++)
{
if ((tt & 0x80) == 0x80)
SI_1;
else
SI_0;
HIGHTOLOW;
tt = tt<< 1;
}
}

读一字节子程序：

unsigned char Rd1byte(void)
{unsigned char i，medBit=0;
char Data=0;
for (i=0; i<8; i++)
{ HIGHTOLOW;
_NOP();
if (SO_IN )
medBit = 1; //if(SO==1)medBit=1;
else
medBit = 0;
Data = (Data << 1) medBit;
return Data;
}
}
对AT45DB021进行写操作子函数: (通过缓冲存储器2对主存储器写操作)
参数：pInData 指向要写入数据的指针
mm 写入数据数组的大小
startPage 将数据写入主存的起始页地址
startByte 将数据写入主存的起始页地址中的起始字节地址
void WriteMemory(const int *pInData, unsigned char mm, unsigned int startPage, unsigned int startByte)
{
unsigned char i, j;
unsigned char opCode;
char lowData;
char highData;
opCode = 0x85; //opCode=0x82 is also available.
lowData = highData = 0;
SCK_0;
_NOP();
STARTOP;
_NOP();
Wr1byte(opCode );
for (j=0; j<5; j++)
HIGHTOLOW;
//send startPage address //发送起始页地址子程序；
//send startByte address //发送页内起始地址子程序；
for (j=0; j<mm; j++) //对目的地址写操作,先写低字节后写高字节
{
lowData = (char)(*(pInData + j));
Wr1byte(lowData);
highData = (char)((*(pInData + j)) >> 8);
Wr1byte(highData);
}

ENDOP;
_NOP();
SI_1;
}
读出AT45DB021存储的数据（主存储器页读, 读出字）
参数：mm 读出数据数组的大小
startPage 读出数据的起始页地址
startByte 读出数据的起始页地址中的起始字节地址
返回值：无
void ReadMemory(unsigned char mm, unsigned int startPage, unsigned int startByte)
{
unsigned char i, j;
unsigned char opCode;
unsigned char medBit;
char lowData;
char highData;
opCode = 0x52;
lowData = highData = 0;
medBit = 0;
SCK_0;
_NOP();
STARTOP;
_NOP();
Wr1byte(opCode );
for (j=0; j<5; j++)
HIGHTOLOW; //5位保留码；
//send startPage address //发送起始页地址子程序；
//send startByte address //发送页内起始地址子程序；
for (j=0; j<32; j++)
HIGHTOLOW; //32位无关码；
DIR_IN;
for (j=0; j<mm; j++)
{
lowData= Rd1byte();
highData= Rd1byte();
tempArray[j] = ((int)highData << 8) + lowData;
}
ENDOP;
SI_1;
_NOP();
DIR_OUT;
}