一种基于铁电存储器的双机串行通信技术

以下是小编为大家收集的一种基于铁电存储器的双机串行通信技术，本文共8篇，希望对大家有所帮助。本文原稿由网友“韩小娇”提供。

篇1：一种基于铁电存储器的双机串行通信技术

一种基于铁电存储器的双机串行通信技术

摘要：分析不同种类单片机之间通信的方式及难点，提出一种基铁电存储器的解决方案与实例。包括一个可靠通信协议和流程以及此方法的优点和需要注意的方法。

关键词：单片机通信铁电存储器I2C总线仲裁通信协议

谁着电子技术的飞速发展，单片机也步如一个新的时代，越来越多的功能各异的单片机为我们的设计提供了许多新的方法与思路。对于莫一些场合，比如：复杂的后台运算及通信与高实时性前台控制系统、软件资源消耗大的系统、功能强大的低消耗系统、加密系统等等。如果合理使用多种不同类型的单片机组合设计，可以得到极高灵活性与性能价格比，因此，多种异型单片机系统设计渐渐成为一种新的思路，但单片机之间的通信一直是困扰这种方法拓展的主要问题。本文将分析比较几种单片机之间的方式、难点，并提出一种解决方案。

1 几种常用单片机之间的通信方式

①采用硬件UART进行异步串行通信。这是一种占用口线少，有效、可靠的通信方式；但遗憾的是许多小型单片机没有硬件 UART，有些也只有1个UART，如果系统还要与上位机通信的话，硬件资源是不够的。这种方法一般用于单片机有应件UART且不需与外界进行串行通信或采用双UART单片机的场合。

②采用片内SPI接口或2C总线模块串行通信形式。SPI/I2C接口具有硬件简单、软件编程容易等特点，但目前大多数单片机不具备硬件SPI/I2C模块。

③利用软件模拟SPI/I2C模式通信，(本网网收集整理)这种方式很难模拟从机模式，通信双方对每一位要做出响应，通信速率与软件资源的开销会形成一个很大的矛盾，处理不好会导致系统整体性能急剧下降。这种方法只能用于通信量极少的场合。

④口对口并行通信，利用单片机的口线直接相连，加上1～2条握手信号线。这种方式的特点是通信速度快，1次可以传输4位或8位，甚至更多，但需要占用大量的口线，而且数据传递是准同步的。在一个单片机向另一个单片机传送1个字节以后，必须等到另一个单片机的接收响应信号后才能传送下一个数据。一般用于一些硬件口线比较富余的场合。

⑤利用双口RAM作为缓冲器通信。这种方式的最大特点就是通信速度快，两边都可以直接用读写存储器的指令直接操作；但这种方式需要大量的口线，而且双口RAM的价格很高，一般只用于一些对速度有特殊要求的.场合。

从上面几种方案来看，各种方法对硬件都有很大的要求与限制，特别是难以在功能简单的单片机上实现，因此寻求一种简单、有效的，能在各种单片机之间通信的方法具有重要的意义。③、④方案中，双方单片机要传递的每一位或每一个字节做出响应，通信数据量较大时会耗费大量的软件资源，这在一些实时性要求高的地方是不允许的。针对这一问题，假设在单片机之间增加1个数据缓冲器，大批数据先写入缓冲区，然后再让对方去取，各个单片机对数据缓冲器都是主控模式，这样必然会大大提高通信效率。谈到数据缓冲，我们马上会想到并行RAM，但是并行RAM需要占用大量的口线（数据线+地址线+读写线+片选线+握手线），一般在16条以上。这是一个让人望而生畏的数字，而且会大大增加PCB面积并给布线带来一定的困难，极少有人采用这种方式。串行接口的RAM在市场上很少见，不但难以买到而且价格很高。移位寄存器也可以做数据缓冲器，但目前容量最大的也只128位，因为是“先进先出”结构，所以不管传递数据多少，接收方必须移完整个寄存器，灵活性差而且大容量的移位寄存器也是少见难买的。一种被称为“铁电存储器”芯片的出现，给我们带来了解决方法。

2 利用铁电存储器作为数据缓冲器的通信方式

铁电存储器是美国Ramtran公司刚刚推出的一种新型非易失性存储器件，简称FRAM。与普通EEPROM、Flash-ROM相比，它具有不需写入时间、读写次数无限，没有分布结构可以连续写放的优点，因此具有RAM与EEPROM的双得特性，而且价格相对较低。现在大多数的单片机系统配备串行EEPROM（如24CXX、93CXX等）用来存储参数。如果用1片FRAM代替原有EEPROM，使它既能存储参数，又能作串行数据通信的缓冲器。2个（或多个）单片机与1片FRAM接成多主-从的I2C总线方式，增加几条握手线，即可得到简单高效的通信硬件电路。在软件方面，只要解决好I2C多主-从的控制冲突与通信协议问题，即可实现简单、高效、可靠的通信了。

3 实例（双单片机结构，多功能低功耗系统）

（1）硬件

W78LE52与EMC78P458组成一个电池供电、可远程通信的工业流量计。78P458采用32.768kHz晶振，工作电流低，不间断工作，实时采集传感器的脉冲及温度、压力等一些模拟量；W78LE52采11.0592MHz晶振，由于它的工作电流较大，采用间断工作，负责流量的非线性校正、参数输入、液晶显示、与上位机通信等功能，它的UART用于远程通信。通信接口部分线路如图1所示，2个单片机共用1片I2C接口的FRAM（FM24CL16）组成二主一从的I2C总线控制方式，W78LE52的P3.5、P3.2分别与78P458的P51、P50连接作握手信号线A与B。我们把握手线A（简称A线）定义为总线控制、指示线，主要用于获取总线控制权与判别总线是否“忙”；握手线B（简称B线）定义为通知线，主要用于通知对方取走数据。

（2）I2C总线仲裁

由于我们采用的是二主一从的I2C总线方式，因此防止2个主机同时去操作从机（防冲突）是一个非常重要的问题。带有硬件I2C模块的器件一般是这样的，器件内部有1个总线仲裁器与总线超时定时器：当总线超时定时器超时后指示总线空闲，这时单片机可以发出获取总线命令，总线仲裁器通过一系列操作后确认获取总线成功或失败；超时定时器清零，以后的每一个SCL状态变化对总线所有主机的超时定时器进行清零，以防止它溢出，指示总线正处于“忙”状态，直到一个主机对总线控制结束不再产生SCL脉冲；超时定时器溢出，总线重新回到“空闲”状态。但是目前大多数单片机没有配备硬件I2C模块，而且当2个主机的工作频率相差较大时，超时定时器定时值只能设为较大的值，这样也会影响总线的使用效率。下面介绍一种用软件模拟I2C总线仲裁的方式（I2C读写操作程序的软件模拟十分多见，这里不再多述）：用1条握手线A，流程图如图2所示，当A线高电平时，指示总线空闲；当其中一个主机要获取总线控制权时，先查询总线是否空闲，“忙”则退出，空闲则向A线发送一个测试序列（如：1000101011001011），在每次发送位“1”后读取的A线状态。如果读取状态为“0”，马上退出，说明有其它器件已经抢先获取总线；如果一个序列读取的A线状态都正确，则说明已成功获得总线控制权，这时要拉低A线以指示总线“忙”，直到读写高A线，使总线回到“空闲”状态。不同的主机采用不同的测试序列，或产生随机测试序列，测试序列长度可以选得长一些，这样可以增加仲裁的可靠性。

（3）通信协议

一个可靠通信体系，除了好的硬件电路外，通信协议也至关重要。在单片机系统RAM资源与执行速度都非常有限的情况下，一个简捷有效的协议是非常重要的。下面具体介绍一种比较适用于单片机通信的协议，数据以包的形式传送。数据包结构：

①包头――指示数据包的开始，有利于包完整性检测，有时可省略；

②地址――数据包要传送的目标地址，若只有双机通信或硬件区分地址可以省略；

③包长度――指示整个数据包的长度；

④命令――指示本数据包的作用；

⑤参数――需要传送的数据与参数；

⑥校验――验证数据包的正确性，可以是和校验、异或校验、CRC校验等或者是它们的组合；

⑦包尾――指示数据包的结尾，有利于包完整性检测，有时可省略。

（4）通信流程

首先，要在FRAM里划分好各个区域，各个单片机的参数区、数据接收区等。然后，单片机可以向另一个单片机发送数据包，发送完毕之后通过向握手线B发送1个脉冲通知对方取走数据；接收方读取数据并进行处理后，向FRAM内发送方的数据接收区写入回传数据或通信失败标志，再向握手线B发送1个脉冲回应发送方。表3是单片机1启动1次与单片机2之间的通信的例子。

如果需要单片机2发送的话，只需交换一下操作过程即可。

表3

步骤单片机1单片机2A线B线1总线空闲总线空闲112获取总线控制权其它操作013向FRAM内单片机2的数据接收区写入一包通信数据其它操作014向B线发送走个负脉冲，通知单片机2，启动超时定时器其它操作0负脉冲5其它操作响应来自B线的脉冲，读取FRAM内数据接收区的内容（无须获取总线操作）016其它操作对数据进行处理后，向FRAM内单片机1的数据接收区写入回传数据或通信失败标志017其它操作向B线发送1个负脉冲，通知单片机10负脉冲8清超时定时器，读取数据区内容。如果失败可以做重发或其它处理；如果成功则拉高A线，释放I2C总线，1次通信工程结束其它操作119如果超时定时器溢出，说明单片机2没有响应单片机1的通知，可以做重发或故障处理

4 总结

通过实践可知，以上方法是可行的。与其它方法相比具有发下优点：

①简单。占用单片机口线少（SCL、SDA、握手线A、握手线B）。

②通用。软件模拟I2C主机方式，可以在任何种类的单片机之间通信。

③高效。由于采用数据缓冲，可以在不同时钟频率、不同速度的单片机之间通信；读写数据时，可以I2C总线的最高速度进行，可以实现1次传送大量数据；在一个单片机向FRAM传送数据时，另一个单片机无须一一作出响应或等待，可以进行其它程序操作，提高软件工作效率。

④灵活。通信硬件接口对于各个单片机是对等的，通过软件配置，每个单片机既可以根据需要主动发送通信，也可以只响应其它单片机的呼叫。

⑤容易扩展。通过增加地址识别线，修改通信协议，即可做到多机通信。

以下是需要注意的地址：

①为了提高通信效率，握手线B最好使用中断端口，负脉冲宽度一定要满足速度较低单片机中断信号要求。如果没有中断的话应增加1条口线，用改变端口状态的方法通知对方，等待对方查询，而不是负脉冲。

②向对方发送负脉冲时，应屏蔽自己的中断。

③由于参数与通信缓冲区同时设在同一片FRAM内，要避免对参数部分的误操作。一个较好的解决办法是把参数存放在地址的后半部分（A2=1），在进行通信操作时，把FRAM的WP引脚拉高（地址在后半部分的单元写保护），这样可以有效地防止测验时对参数区误操作。

④由于I2C总线在一个时间段内只有1个主机和1个从机，所以当1个单片机正在写通信数据时，另一个单片机是不能对FRAM进行操作的。如果需要实时、频繁地读取FRAM中参数的话，请预先将参数读入RAM单元使用或另外增加专门存放参数的芯片。

篇2：铁电存储器原理及应用比较

铁电存储器原理及应用比较

摘要：介绍铁电存储器（FRAM）的一般要领和基本原理，详细分析其读写操作过程及时序。将FRAM与其它存储器进行比较，分析在不同场合中各自的优缺点。最后以FM1808为例说明并行FPGA与8051系列单片机的实际接口，着重分析与使用一般SRAM的不同之处。

关键词：铁电存储器 FRAM原理 8051 存储技术

1 背景

铁电存储技术最在19提出，直到1993年美国Ramtron国际公司成功开发出第一个4Kb的铁电存储器FRAM产品，目前所有的FRAM产品均由Ramtron公司制造或授权。最近几年，FRAM又有新的发展，采用了0.35μm工艺，推出了3V产品，开发出“单管单容”存储单元的FRAM，最大密度可在256Kb。

2 FRAM原理

FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，铁电晶体的结构如图1所示。铁电效应是指在铁电晶体上施加一定的电场时，(本网网收集整理)晶体中心原子在电场的作用下运动，并达到一种稳定状态；当电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来的位置。这是由于晶体的中间层是一个高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，所以FRAM存储器的内容不会受到外界条件（诸如磁场因素）的影响，能够同普通ROM存储器一样使用，具有非易失性的存储特性。

FRAM的特点是速度快，能够像RAM一样操作，读写功耗极低，不存在如E2PROM的最大写入次数的问题；但受铁电晶体特性制约，FRAM仍有最大访问（读）次数的限制。

2．1 FRAM存储单元结构

FRAM的存储单元主要由电容和场效应管构成，但这个电容不是一般的电容，在它的两个电极板中间沉淀了一层晶态的铁电晶体薄膜。前期的FRAM的每个存储单元使用2个场效应管和2个电容，称为“双管双容”（2T2C），每个存储单元包括数据位和各自的参考位，简化的2T2C存储单元结构如图2（a）所示。Ramtron设计开发了更先进的“单管单容”（1T1C）存储单元。1T1C的FRAM所有数据位使用同一个参考位，而不是对于每一数据位使用各自独立的参考位。1T1C的FRAM产品成本更低，而且容量更大。简化的1T1C存储单元结构（未画出公共参考位）如图2（b）所示。

2.2 FRAM的读/写操作

FRAM保存数据不是通过电容上的电荷，而是由存储单元电容中铁电晶体的中心原子位置进行记录。直接对中心原子的位置进行检测是不能实现的。实际的读操作过程是：在存储单元电容上施加一已知电场（即对电容充电），如果原来晶体中心原子的位置与所施加的'电场方向使中心原子要达到的位置相同，中心原子不会移动；若相反，则中心原子将越过晶体中间层的高能阶到达另一位置，在充电波形上就会出现一个尖峰，即产生原子移动的比没有产生移动的多了一个类峰。把这个充电波形同参考位（确定且已知）的充电波形进行比较，便可以判断检测的存储单元中的内容是“1”或“0”。

无论是2T2C还是1T1C的FRAM，对存储单元进行读操作时，数据位状态可能改变而参考位则不会改变（这是因为读操作施加的电场方向与原参考位中原子的位置相同）。由于读操作可能导致存储单元状态的改变，需要电路自动恢复其内容，所以每个读操作后面还伴随一个“预充”（precharge）过程来对数据位恢复，而参考位则不用恢复。晶体原子状态的切换时间小于1ns，读操作的时间小于70ns，加上“预充”时间60ns，一个完整的读操作时间约为130ns。

图2

写操作和读操作十分类似，只要施加所要的方向的电场改变铁电晶体的状态就可以了，而无需进行恢复。但是写操作仍要保留一个“预充”时间，所以总的时间与读操作相同。FRAM的写操作与其它非易失性存储器的写操作相比，速度要快得多，而且功耗小。

2.3 FRAM的读写时序

在FRAM读操作后必须有个“预充电”过程，来恢复数据位。增加预充电时间后，FRAM一个完整的读操作周期为130ns，如图3（a）所示。这是与SRAM和E2PROM不同的地方。图3（b）为写时序。

3 FRAM与其它存储技术比较

目前Ramtron公司的FRAM主要包括两大类：串行FRAM和并行FRAM。其中串行FRAM又分I2C两线方式的FM24××系列和SPI三线方式的FM25xx系列。串行FRAM与传统的24xx、25xx型的E2PROM引脚及时序兼容，可以直接替换，如Microchip、Xicor公司的同型号产品；并行FRAM价格较高但速度快，由于存在“预充”问题，在时序上有所不同，不能和传统的SRAM直接替换。

FRAM产品具有RAM和ROM优点，读写速度快并可以像非易失性存

储器一样使用。因铁电晶体的固有缺点，访问次数是有限的，超出限度，FRAM就不再具有非易失性。Ramtron给出的最大访问次数是100亿次（10 10），但是并不是说在超过这个次数之后，FRAM就会报废，而是它仅仅没有了非易失性，但它仍可像普通RAM一样使用。

（1）FRAM与E2PROM

FRAM可以作为E2PROM的第二种选择。它除了E2PROM的性能外，访问速度要快得多。但是决定使用FRAM之前，必须确定系统中一旦超出对FRAM的100亿次访问之后绝对不会有危险。

图3

（2）FRAM与SRAM

从速度、价格及使用方便来看，SRAM优于FRAM；但是从整个设计来看，FRAM还有一定的优势。

假设设计中需要大约3KB的SRAM，还要几百个字节用来保存启动代码的E2PROM配置。

非易失性的FRAM可以保存启动程序和配置信息。如果应用中所有存储器的最大访问速度是70ns，那么可以使用1片FRAM完成这个系统，使系统结构更加简单。

（3）FRAM与DRAM

DRAM适用于那些密度和价格比速度更重要的场合。例如DRAM是图形显示存储器的最佳选择，有大量的像素需要存储，而恢复时间并不是很重要。如果不需要下次开机时保存上次内容，使用易失性的DRAM存储器就可以。DRAM的作用与成本是FRAM无法比拟的。事实证明，DRAM不是FRAM所能取代的。

（4）FRAM与Flash

现在最常用的程序存储器是Flash，它使用十分方便而且越来越便宜，程序存储器必须是非易失性的，并且要相对低廉，还要比较容易改写。而使用FRAM会受访问次数的限制。

4 FRAM与单片机接口

下面介绍并行FRAM――FM1808与8051/52―的实际应用。

4.1 预充电信号的产生

在大多数的8051系统中，对存储器的片选信号CE通常允许在多个读写访问操作时保持为低。但这对FM1808不适用，必须在每次访问时CE由硬件产生一个正跳变。标准8051核的一个机器周期包括12个时钟周期，ALE信号在每个机器周期中有效两次，除了对外部数据存储器访问时仅有效一次。8051对外部存储器的读或写操作需要两个机器周期。快速型8051如DS87C520或W77E58的一个机器周期仅需4个时钟周期，而在一些新的，如Philips的8051中，一个机器周期为6个时钟周期，在任何一个机器周期中ALE信号都有效两次。尽管有这些不同，仍可以用ALE信号和地址片选来产生可用作FRAM访问的CE信号。要保证对FM1808的正确访问，必须注意两点：

第一，FRAM的访问时间必须大于70ns；

第二，ALE的高电平宽度必须大于60ns。

对于标准的8051/52，ALE信号的宽度因不同厂家略有不同。一些快速的8051/52系列，如Dallas的DS87C520，Winbond的W77E58则更窄一些。

图4

根据前面的介绍，要实现对FM1808的正常操作，对于标准8051/52来说，主频不能高于20MHz；而对于高速型的8051/52，主频不应高于23MHz。

4．2 FM1808与8051的接口电路

FM1808与8051接口电路如图4所示。这里使用8051的ALE信号和由地址产生CE的片选信号相“或”来产生CE的正跳变。2片32K×8的FRAM存储器，A15与ALE通过74FC32相“或”作为U2的片选，取反后作为U3的片选。所以，U2的地址为0～7FFFH，U3的地址为8000H～FFFFH。8051的RD信号与PSEN信号相“与”后作为U3的输出允许，所以U3作为程序或数据存储器使用。当J1跳接块在右边时，U2与U3用法相同；而J1跳接在左边时，U2仅作为程序存储器。要保证代码不会意外地被改写，仅需断开J2即可。

需要注意的是，由于逻辑门电路都有6～8ns的延时时间，在主频较高时对应使用快速型逻辑芯片（F系列）。

结语

FRAM产品为我们提供了可使用的存储器的一种新选择，在原来使用E2PROM的应用中表现会更出色，为某些原来认为需要使用SRAM的E2PROM的应用系统找到一种新的途径。但是由于最大访问次数的限制，要成为理想的通用存储器，FRAM还有很长的路要走。

篇3：并行接口铁电存储器FM1808及其应用

1 引言

目前，数据写入频率要求较高且要求掉电不丢失数据的应用领域，通常采用内部具有锂电池的不挥发NV－SRAM作为存储器件，但该类器件昂贵的价格又制约了其在价格敏感领域的应用，而如果使用与其兼容的铁电存储器FRAM，则可很好地解决成本问题，同时又可得到更高的数据存储可靠性。铁电存储器是RAMTRON公司的专利产品，该产品的核心技术是铁电晶体材料，这一特殊材料使得铁电存储器产品同时拥有随机存储器（RAM）和非易失性存储器（ROM）产品的特性。 FM1808是基于铁电存储器原理制造的并行接口256kbit铁电存储器，该存储器相比其它类型的存储器有三大特点：

●几乎可以像RAM那样无限次写入；(本网网收集整理)

●可随总线速度写入而无须任何写等待时间；

●超低功耗。

这种铁电存储器FRAM克服了以往EEPROM和FLASH写入时间长、擦写次数少的缺点，其价格又比相同容量的不挥发锂电NV－SRAM低很多，因而可广泛应用于在系统掉电后需要可靠保存程序及数据的应用领域，同时也是价格昂贵的不挥发锂电NV－SRAM的理想替代产品。

2 性能特点及引脚定义

FM1808的主要特性如下：

●采用先进的铁电技术制造；

●存储容量为256k bit（即32k byte）；

●读写寿命为100亿次；

●掉电数据可保存10年；

●写数据无延时；

●存取时间为70ns；

●低功耗，工作电流为25mA，待机电流仅为20μA；

●采用单5V工作电压；

●工作温度范围为－40℃～＋85℃；

●具有特别优良的防潮湿、防电击及抗震性能；

●与SRAM或并行E2PROM管脚兼容。

FM1808采用28脚PDIP和SOIC封装形式。图1 给出了其SOIC封装的引脚排列，各引脚功能说明见表1所列。

引脚号性  质引脚名称

描  述

A0～A14输入地址线地址数据在CE的下降沿被锁定DQ0～DQ7I/O数据线 CE输入片选当CE为低电平时，芯片被选中OE输入输出使能当OE为低电时，FM1808把数据送到总线；当OE为高，数据线为高阻态WE输入写使能当WE为低电平时，总线的数据写入被A0～A14所决定的地址中VDD电源电压输入5V供电电压VSS电源地

3 FM1808工作原理

FM1808具有100亿次的读写寿命，它比其它类型的存储器读写寿命要高得多。尽管如此，其读写寿命也是有限的，如果对FM1808的工作原理及内部结构有所了解，则在使用时就可根据其结构特点合理使用存储单元以延长其读写寿命。

3．1 存储器的结构与读写寿命

FRAM可提供比其它非易失性存储器高得多的写持久性，然而在一定程度上，存储器访问次数的增加会造成FRAM操作出错概率的增加，即写入存储器的数据会丢失，而存储器的内容却仍然可被正常读出，当然上述现象只有在存储器读写次数达到100亿次之后才会出现，因此，为了延长存储器的读写寿命，可以根据数据读写的频繁程度，将数据保存在不同的区域中以进行读写操作，例如对一些关键的数据如系统配置参数等，可以放在一个访问次数较少的区域中，而将变化频繁的数据或不需要长久保存的数据放在单独的区域中，这样既可保证系统关键数据存储的'安全性，又可保证非安全区存储器的实际擦写次数大于100亿次，从而延长铁电存储器的实际使用寿命。

铁电存储器的特殊性在于每一次的读操作都会破坏原有的数据，因此必须在完成读操作后再执行一个回写过程，这样，每执行一次读操作，同样会减少一次读写寿命，为了最大限度地增加存储器的使用寿命，同时又不妨碍用户使用的灵活性，FM1808通常使用独特存储器组织。

FM1808的内部结构框图如图2所示。图中，FM1808的32kbyte存储器阵列被划分为32块，每块是1k×8，该1k×8的每个块包括256行和4列，地址线A0～A7对行选择译码，A8～A9对列选择译码，由于每访问一行都将减少一次寿命，因此，采用此种排列方案可很容易地在一个块内均匀进行周期读写，例如256个字节的数据无须两次访问同一行即可被顺序访问，而一个完整的1k×8被读或写仅需4个周期，图3给出了FM1808中一个1k×8存储器块的结构图（存储器块4）。

FM1808使用A10～A14高位地址线来选择32个不同的存储器块，由于存储器每行不能超过块的界限，因此读写操作频率不同的数据应放在不同的块中。

3．2 读操作

FM1808的功能真值表如表2所示。

表2 FM1808功能真值表

CEOEWE方  式

功    能

1XX非选芯片未选中111写DQ～07的内容写入40A～14地址单元010读将A0～A14地址单元内容输出到DQ～07↓XX锁存CE的下降沿锁定地址数据

读操作一般在CE下降沿开始，这时地址位被锁存，存储器读周期开始，一旦开始，应使CE保持不变，一个完整的存储器周期可在内部完成，在访问时间结束后，总线上的数据变为有效。

当地址被锁存后，地址值可在满足保持时间参数的基础上发生改变，这一点不象SRAM，地址被锁存后改变地址值不会影响存储器的操作。

3．3 写操作

FM1808写与读通常发生在同一时间间隔，FM1808的写操作由CE和WE控制，地址均在CE的下降沿锁存。CE控制写操作时，WE在开始写周期之前置0，即当CE有效时，WE应先为低电平。FRAM没有写延时，读与写访问时间是一致的，整个存储器操作一般在一个总线周期出现。因此，任何操作都能在一个写操作后立即进行，而不象E2PROM需要通过判断来确定写操作是否完成。

3．4 充电操作

预充电操作是准备一次新访问存储器的一个内部条件，所有存储器周期包括一个存储器访问和一个预充电，预充电在CE脚为高电平或无效时开始，它必须保持高电平至少为最小的预充电时间，由于预充电在CE上升沿开始，这使得用户可决定操作的开始，同时该器件有一个CE为低电平必须满足的最大时间规范。

4 FM1808的设计及应用要点

FM1808的管脚排列和SRAM 62256兼容，它和使用并行SRAM及NV－SRAM一样方便，但是也应该注意到FM1808和SRAM及NV－SRAM之间的区别。FM1808在下降沿锁存每个地址，这样就允许在每一次访问存储器之后，改变地址总线，同时在CE下降沿锁存每个地址，图4给出了FM1808与SRAM存储器访问的时序对比。

由图4可以看出：FM1808的每一次访问都必须保证CE由高到低的跃变，这是FM1808与SRAM唯一的不同，CE每次访问均须选通地址的原因有两个，其一是要锁存新地址，其二是当CE为高电平时，建立铁电存储器必须预充电，因此，在应用设计时必须改变CE的选通方式，以保证在时序上满足FM1808访问存储器的需要，同时还应注意存储器寻址空间和CE时序的兼容。这里以MCS－51单片机为例给出解决此问题的方法，由于MCS－51单片机的ALE引脚为地址锁存允许信号，因此，访问单片机外部存储器时，该脚将输出一个负跳沿的脉冲以用于锁存16位地址的低8位。由于每访问一次外部数据存储器，该脉冲都将出现一次，故可利用ALE信号每访问一次改变一个周期的特点。ALE和FM1808的片选信号P2．7相或即可得到FM1808要求的访问时序。AT89C52单片机与FM1808的硬件连接如图4所示。除了时序配合之外，FM1808在应用时还应注意电源、分块以及使用寿命等问题。

4．1 电源监控

当使用SRAM加后备电池的方式存储数据时，为了能够在掉电时切换为电池供电而必须监控电源电压，同时为了减少电池损耗，在掉电之后，用户不允许访问SRAM，这样，用户可能会在突然没警告或提示的情况下掉电而无法访问存储器。而FRAM存储器则无须上述电源监控系统，FRAM存储器在任何电源电压下都不会被终止访问，当然在对数据的安全性要求很高的应用场合，当电源降至一定值时，可阻止处理器访问存储器以提高数据存储的安全性。

4．2 分块使用

由前面的存储原理可知，FM1808在内部被分为32个块，其中每块为1k字节，应用时除了应注意按数据访问的频繁程度分为固定数据区和临时数据区外，还应注意数据的存放也必须分块使用，即对前后有联系的数据存放在FM1808内部的一个行中或一个块中，因为FM1808是以读写一行（256个字节）来计算一次擦写的，因此，如果关联的数据被存放在不同的行或块中，则读写数据操作时就要频繁地切换不同的行或块，这样就会降低其正常的存储寿命。

图5

4．3 使用寿命

尽管铁电存储器的寿命是有限的，且读或写操作都会影响到其读写寿命，但是FM1808存储器具有100亿次的读写寿命，即使是每秒钟进行30次的读写，当读写寿命到时也须要10年的时间，因此一般对数据读写操作频率不是特别高的应用场合，可不用特别考虑其读写寿命。

5 结束语

FM1808铁电存储器既具有RAM的快速写入特性，又具有ROM的非易失性，因此，比现阶段广泛用的E2PROM、ISP FLASH及锂电池不挥发NV－SRAM更具优势，也正是由于其具有这些特点，该器件可广泛应用于对数据存储的安全性及可靠性要求极高的应用场合，如门禁考勤系统、测量和医疗仪表、非接触式智能卡、税控收款机、预付费电度表或复费率电度表及水表、煤气表等应用场合。同时该器件以其相对低廉的价格及更高的数据存储可靠性成为NV－SRAM的理想替代产品，该类型存储器在高可靠数据存储领域会获得越来越广泛的应用。

篇4：并行接口铁电存储器FM1808及其应用

并行接口铁电存储器FM1808及其应用

摘要：RAMTRON公司生产的并行接口高性能铁电存储器FM1808是NV-SRAM的理想替代产品。文中介绍了FM1808的性能特点、引脚功能和工作原理，同时重点介绍了铁电存储器的`应用特点及与其它类型存储器之间的应用差别，给出了FM1808的设计应用要点。

关键词：FRAM；并行接口；铁电存储器；FM1808

1 引言

目前，数据写入频率要求较高且要求掉电不丢失数据的应用领域，通常采用内部具有锂电池的不挥发NV－SRAM作为存储器件，但该类器件昂贵的价格又制约了其在价格敏感领域的应用，而如果使用与其兼容的铁电存储器FRAM，则可很好地解决成本问题，同时又可得到更高的数据存储可靠性。铁电存储器是RAMTRON公司的专利产品，该产品的核心技术是铁电晶体材料，这一特殊材料使得铁电存储器产品同时拥有随机存储器（RAM）和非易失性存储器（ROM）产品的特性。 FM1808是基于铁电存储器原理制造的并行接口256kbit铁电存储器，该存储器相比其它类型的存储器有三大特点：

●几乎可以像RAM那样无限次写入；

●可随总线速度写入而无须任何写等待时间；

●超低功耗。

这种铁电存储器FRAM克服了以往EEPROM和FLASH写入时间长、擦写次数少的缺点，其价格又比相同容量的不挥发锂电NV－SRAM低很多，因而可广泛应用于在系统掉电后需要可靠保存程序及数据的应用领域，同时也是价格昂贵的不挥发锂电NV－SRAM的理想替代产品。

2 性能特点及引脚定义

FM1808的主要特性如下：

●采用先进的铁电技术制造；

●存储容量为256k bit（即32k byte）；

●读写寿命为100亿次；

●掉电数据可保存10年；

●写数据无延时；

●存取时间为70ns；

●低功耗，工作电流为25mA，待机电流仅为20μA；

●采用单5V工作电压；

●工作温度范围为－40℃～＋85℃；

[1] [2] [3] [4] [5]

篇5：铁电存储器在仪表中的应用

铁电存储器在仪表中的应用

摘要：FRAM 是一种新型存贮器，最大特点是可以随总线速度无限次的擦写，而且功耗低。FRAM性能优越于EEPROM  AT24C256。

关键词：存贮器；FM24C256；AT24C256；EEPROM

一． 概述：

FRAM是最近几年由RAMTRON公司研制的新型存贮器，它的核心技术是铁电晶体材料，拥有随即存取记忆体和非易失性存贮产品的特性。FM24C256是一种铁电存贮器（FRAM）,容量为256KBIT存贮器，它和AT24C256容量等同，总线结构兼容，但FM24C256的性能指标远大于AT24C256。在存贮器领域中，FM24C256应用逐渐被推广和认可，尤其是大容量存贮器，它的优良特性远高于同等容量的EEPROM。在电子式电能表行业中，数据安全保存是最重要的。随着电子表功能的发展，保存的数据量越来越大，这就需要大容量的存储器，而大容量的EEPROM性能指标不是很高，尤其是擦写次数和速度影响电能表自身的质量。FM24C256在电能表中的使用，会提高电能表的`数据安全存贮特性。

二． 铁电存贮器（FRAM）FM24C256的特性：

传统半导体记忆体有两大体系：易失性记忆体（volatile memory）和非易失性记忆体（non-volatile memory）。

易失性记忆体像SRAM和DRAM在没有电源的情况下都不能保存数据。但这种存贮器拥有高性能、易用等优点。

非易失性记忆体像EPROM，EEPROM和FLASH 能在断电后仍保存数据。但由于所有这些记忆体均起源自ROM技术，所以不难想象得到他们都有不易写入的缺点：写入缓慢、读写次数低、写入时工耗大等。

FM24C256是一个256Kbit 的FRAM，总线频率最高可达1MHz，10亿次以上的读写次数，工耗低。与典型的EEPROM AT24C256相比较，FM24C256可跟随总线速度写入，无须等待时间，而AT24C256必须等待几毫秒（ms）才能进行下一步写操作。FM24C256可读写10亿次以上，几乎无限次读写。而AT24C256只有10万之一百万次读写。另外，AT24C256读写能量高出FM24C256有2，500倍。从比较中看出，FM24C256包含了RAM技术优点，同时拥有ROM技术的非易失性特点。

三． FM24C256的应用：

在仪表设计中，数据的安全存贮非常重要。如电子式电能表，它在运行期间时刻都在记录数据，

如果功能设计比较多，那么保存的数据量大，擦写次数比较多。这要求有一个高性能的存贮器才能满足要求。现在的仪表设计，寿命要求长，数据保存安全期长。目前，FM24C256是非常适合仪表设计要求的存贮器。它的性能指标完全达到设计要求，解决了仪表中的设计忧虑。更重要的是，它的存贮时间短，能够在极短的时间内保存大量数据，解决了仪表在突然断电时数据及时、安全的存贮。RAMTRON公司研制的FM24C256，为了普及使用，存贮指令和AT24C256兼容，只是在读写指令和应答是不需要延时，提高了擦写速率。封装体积、功能管角和AT24C256一样，使设计者容易接受和运用。

写子程序：

WRITE：

CLR1 PM.3      ;;设置P4.3为输出状态

CLR1 P4.2

CLR1 P4.3

CLR1 P4.1       ；；打开写保护

CALL !SENDSTART    ；；发送起始位

MOV A,#10100000B

CALL !SENDCOM    ;;发送写命令

BC $WNOACKX      ；；没应答则错误返回

NOP

CLR1 P4.2

CLR1  PM4.3        ;; 设置P4.3为输出状态

MOV A,D            ;;D中存放所写单元高地址

CALL !SENDCOM     ；；发送所写单元高地址

BC $WNOACKX    ；；；没应答则错误返回

CLR1  PM4.3        ;; 设置P4.3为输出状态

MOV A,E      &

nbsp; ；；;;E中存放所写单元低地址

CALL !SENDCOM   ；；发送所写单元低地址

BC $WNOACKX   ；；没应答则错误返回

CLR1  PM4.3        ;; 设置P4.3为输出状态

MOV A,[HL]       ;;[HL] 中存放所写数据

CALL !A24SENDC    ；；发送所写数据

CLR1 CY

SET1 P4.1  ；；写保护

WNOACKX：

SET1 CY

RET

SENDSTART:    发送起始位子程序

SET1 P4.2

SET1 P4.3      ;;发起始位

NOP

NOP

CLR1 P4.3

CLR1 4.2

RET

SENDCOM:   发送命令子程序

CALL !A24SENDC

CLR1 P4.2

SET1  PM4.3   ;;设置P4.3为输入状态

NOP

NOP

NOP

SET1 4.2

BT P4.3,$DCOM1                 ;测试应答信号，有应答CY=1，否则CY=0

CLR1 CY

RET             ;BR RNOACK

DCOM1:

SET1 CY

RET

A24SENDC:     发送数据子程序

CLR1 CY

MOV B,#08H   ;;发送8位

SENDREP:

CLR1 P4.2

NOP

CLR1 P4.3

ROLC A,1         ；；左移一位

BNC $SENDPD

SET1  P4.3

SENDPD:

NOP

SET1 P4.2

NOP

DBNZ B,$SENDREP   ；8位发送完返回

RET

读子程序：

READ:

CLR1 PM4.3       ；；;; 设置P4.3为输出状态

CALL !SENDSTART ；发送起始位

MOV A,#10100000B

&n

bsp;         CALL !SENDCOM   ;; ；发送读命令

BC $RNOACK       ；；       没应答则错误返回

CLR1 P4.2

CLR1 PM4.3        ;; 设置P4.3为输出状态

MOV A,D         ;D中存放所读单元高地址

CALL !SENDCOM  ；；发送所读单元高地址

BC $RNOACK            ;     没应答则错误返回

CLR1 PM4.3    ；；设置P4.3为输出状态

MOV A,E      ；；;E中存放所读单元低地址

CALL !SENDCOM   ；；发送所读单元低地址

BC $RNOACK   ；；没应答则错误返回

CLR1 P4.2

CLR1 PM4.3   ；；设置P4.3为输出状态

SET1 P4.2

SET1 4.3

NOP

NOP

CLR1 P4.3

CLR1 P4.2

CALL !SENDSTART  ；发送起始位

MOV A,#10100001B

CALL !SENDCOM     ;;发送读命令

BC $RNOACK

CLR1 P4.2

SET1 PM4.3

CALL !N24READB     ；；读数据

CLR1 SK256

CLR1 PM4.6

CALL !SENDSTOP    ；；发送停止位

READRET:

CLR1 CY

RET

RNOACK:

SET1 CY

RET

N24READB:

MOV B,#08H

READREPX:

CLR1 P4.2

NOP

NOP

NOP

SET1 P4.2

NOP

NOP

NOP

CLR1 CY

BF P4.3,$READPD

SET1 CY

READPD:

ROLC A,1    ;;左移1位

NOP

NOP

NOP

DBNZ B,

$READREPX    ；；判断是否接受8位

RET

SENDSTOP:     发送停止位

CLR1 P4.3

NOP

SET1 P4.2

NOP

SET1 P4.3

NOP

RET

四． 小结：

FM24C256 是一种高性能的存贮器，性能指标远远大于EEPROM。在电子式电能表应用中，数据擦写次数比较频繁，而且在掉电存贮时数据量大、时间短，怎样安全可靠快速的保存数据一个关键的技术。所以，FM24C256的优良特性非常适合仪表中使用，如电能表、水表、煤气表、暖气表、计程车表、医疗仪表等应用广泛。它的封装形式有SOIC和DIP。

篇6：一种用于单片机的红外串行通信接口

一种用于单片机的红外串行通信接口

摘要：阐述红外通信的基本工作原理；结合在单相电度表抄表系统中的具体应用，介绍一种适合单片机系统的红外通信方案，设计具体的硬件接口电路，说明其工作原理，给出应用于红外通信的程序流程，并指出在实施过程中应注意的一些问题。

关键词：单片机 红外通信 串行接口 抄表系统

引言

在很多单片机应用系统中，常常利用非电信号（如光信号、超声波信号等）传送控制信息和数据信息，以实现遥控或遥测的功能。例如在单相电度表抄表系统中，就是使用手持抄表器通过遥控的方式，来完成电度表用电量的抄录、设置表底数、电度表校时等工作。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。实现单片机系统红外通信的关键在于红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。

1 红外通信的基本原理

红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。

(本网网收集整理)

2 红外通信接口的硬件电路设计

单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口，如图1所示。

2.1 红外发送器

红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管T1和T2、红外发射管D1和D2等部分。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻（R1、R2）和电容（C1、C2）组成，用以产生38kHz的脉冲序列作为载波信号；红外发射管D1和D2选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950nm的红外光束。

红外发送器的.工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动T1管，数位“0”使T1管导通，通过T2管调制成38kHz的载波信号，并利用两个红外发射管D1和D2以光脉冲的形式向外发送。数位“1”使T1管截止，红外发射管D1和D2不发射红外光。若传送的波特率设为1200bps，则每个数位“0”对应32个载波脉冲调制信号的时序，如图2所示。

2.2 红外接收器

红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1738。该接收模块是一个三端元件，使用单电源+5V电源，具有功耗低、抗干扰能力强、输入灵敏度高、对其它波长（950nm以外）的红外光不敏感的特点，其内部结构框图如图3所示。

TSOP1738的工作原理为：首先，通过红外光敏元件将接收到的载波频率为38kHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号，再由前放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后，通过带通滤波器和进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调。最后，由输出级电路进行反向放大输出。

为保证红外接收模块TSOP1738接收的准确性，要求发送端载波信号的频率应尽可能接近38kHz，因此在设计脉冲振荡器时，要选用精密元件并保证电源电压稳定。再有，发送的数位“0”至少要对应14个载波脉冲，这就要求传送的波特率不能超过2400bps。利用上述红外收发电路构成的红外信道最大通信距离为8m。

3 红外通信的软件设计

3.1 通信方式

考虑到红外光反射的原因，在全双工方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此红外通信需采用异步半双工方式，即通信的某一方发送和接收是交替进行的。这里设置单片机的串行口采用方式3通信；通信的数据格式为每帧11位，包括1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和1位停止位；片内定时器T1作为波特率发生器，选择传送的波特率为1200bps，则定时器T1的初值应设置为TL1=TH1=E8H，另外应禁止定时器T1中断，以免因定时器T1溢出而产生不必要的中断。

3.2 通信协议

进行红外通信之前，通信双方首先要根据系统的功能要求制订某种特定的通信协议，然后才能编写相应的通信程序。例如在电度表抄表系统中，红外通信的一方是单相电度表，另一方是手持抄表器，双方遵循表1格式的通信协议。

表1 抄表系统的通信协议

格 式

操 作操作码地址码数  据结束符读取表数AAH3字节BCD码3字节BCD码EDH设置表号BBH-3字节BCD码EDH设置表底数CCH3字节BCD码3字节BCD码EDH开/关表设备DDH3字节BCD码A0H/B0HEDH校验出错EEH3字节BCD码-EDH

3.3 单相电度表通信程序

在电度表抄表系统中，单相电度表接收命令是被动的，因此它采用实时性的中断方式进行接收。在系统初始化程序中依据如前所述的通信方式，对串行口和定时器T1进行相应的设置。

在中断程序程序中按字节形式进行接收，将接收到的字节存放在预先设定的缓冲区内，当接收到命令结束符后，则转入命令处理并回送相应的信息。接收过程中若发现校验错误，则停止接收并调用错误处理子程序，发送接收出错的信息，要求发送端重新发送。串行口中断服务程序的流程如图4所示。

3.4 手持抄表器通信程序

在红外通信过程中，手持抄表器是通信的发起者，其发送和接收都是主动的。它的具体工作过程为：CPU不断扫描键盘，若发现有命令键按下，则调用发送子程序发送相应的操作命令；发送结束后即启动接收子程序，以接收电度表回送的信息，然后对接收到的信息进行后续处理。

结语

本文介绍的应用于单片机系统的红外串行通信接口，具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、通信可靠性高的特点，实现了通信双方非接触式的数据传送。在电度表抄表系统中，由于配备了红外通信接口，利用手持抄表器可以方便地完成对电度表的抄录和校准等工作，大大提高了抄表工作的效率，而且抄表确定高并杜绝了估抄和误抄的问题。这种红外通信方案也可用于其它遥控、遥测的单片机应用场合。

篇7：一种用于单片机的红外串行通信接口

一种用于单片机的红外串行通信接口

摘要：阐述红外通信的基本工作原理；结合在单相电度表抄表系统中的具体应用，介绍一种适合单片机系统的红外通信方案，设计具体的硬件接口电路，说明其工作原理，给出应用于红外通信的程序流程，并指出在实施过程中应注意的一些问题。

关键词：单片机 红外通信 串行接口 抄表系统

引言

在很多单片机应用系统中，常常利用非电信号（如光信号、超声波信号等）传送控制信息和数据信息，以实现遥控或遥测的功能。例如在单相电度表抄表系统中，就是使用手持抄表器通过遥控的方式，来完成电度表用电量的抄录、设置表底数、电度表校时等工作。红外通信具有控制简单、实施方便、传输可靠性高的特点，是一种较为常用的通信方式。实现单片机系统红外通信的`关键在于红外接口电路的设计以及接口驱动程序的设计。

1 红外通信的基本原理

红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。

2 红外通信接口的硬件电路设计

单片机本身并不具备红外通信接口，但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口，如图1所示。

2.1 红外发送器

红外发送器电路包括脉冲振荡器、驱动管T1和T2、红外发射管D1和D2等部分。其中脉冲振荡器由NE555定时器、电阻（R1、R2）和电容（C1、C2）组成，用以产生38kHz的脉冲序列作为载波信号；红外发射管D1和D2选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950nm的红外光束。

红外发送器的工作原理为：串行数据由单片机的串行输出端TXD送出并驱动T1管，数位“0”使T1管导通，通过T2管调制成38kHz的载波信号，并利用两个红外发射管D1和D2以光脉冲的形式向外发送。数位“1”使T1管截止，红外发射管D1和D2不发射红外光。若传送的波特率设为1200bps，则每个数位“0”对应32个载波脉冲调制信号的时序，如图2所示。

2.2 红外接收器

红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP1738。该接收模块是一个三端元件，使用单电源+5V电源，具有功耗低、抗干扰能力强、输入灵敏度高、对其它波长（950nm以外）的红外光不敏感的特点，其内部结构框图如图3所示。

TSOP1738的工作原理为：首先，通过红外光敏元件将接收到的载波频率为38kHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号，再由前放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后，通过带通滤波器和进行滤波，滤波后的信号由解调电路进行解调。最后

[1] [2] [3]

篇8：用铁电存储器提高门禁系统的可靠性

用铁电存储器提高门禁系统的可靠性

门禁考勤系统存储的是人员进出的流水记录和员工上下班的流水记录，由于系统记录的数据起防盗和结算工资的用途，所以这些数据非常重要，所有禁考勤系统的数据都是存储在存储器中，因此在禁考勤系统中要求存储器具有良好的性能和完美的存储方式。

根据门禁系统的工作特点可以分二种模式：联机模式和脱机模式。联机模式是指系统中的读卡器和计算机时刻联机，系统把每次的刷卡数据定时传入计算机系统。脱机模式是指系统中的读卡器和计算机在通常的`情况下是分离的，刷卡数据存储在刷卡器的存储器中，在月底和系统需要时才与计算机联机，将数据读出来。工程师在以往的设计中都会采用SRAM+FLASH方式，这中方式有二个问题让工程师们头痛：FLASH的寿命限制，写操作的复杂性和SRAM调电数据不能保存；现在工程师有了第二中选择：FRAM+FLASH,可以解决工程师的难题。

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