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1、存储器是单片机系统的主要部分，运行的程序需要存储器，处理数据需要存储器,存储数据也需要存储器。没有存储器，系统无法工作。一个单片机最小系统，就 必须包括程序存储器和数据存储器。4.1.1 半导体存储器 半导体存储器种类很多，首先从存、取功能上可以分为只读存储器(Read-Only Memory简称 ROM、即存储器(Random Access Meemory 简称 RAM、可编程 RO(Programmable Read-Only Memory,简称 PROM、可擦除的可编程 ROM(electrically Programmable Read-Only Memory 简称 EPRO)、fla
2、sh MEMORY FRAM!种不同类型。1.只读存储器(ROM)只读存储器在正常工作状态下只能从中读数据，不能快速地随时修改或重新写入 数据。ROM勺优点是电路结构简单，而且在断电以后数据不会丢失。它的缺点是 只使用于存储那些固定数据的场合。2.可编程 ROM(PROM)PRO中的数据可以由用户根据自己的需要写入，但一经写入以后就不能再修改 了。3.电可编程 ROM(EPROM)EPRO里的数据则不但可以由拥护根据自己的需要写入，而且还能擦除重写，所 以具有更大的使用灵活性。4.电可擦除可编程 ROM(EEPROM)EEPRO的典型优点是非挥发性、可字节擦除、编程速度快(一般小于 10ms
3、0 对EEPROMS程无需将EEPROI从系统中移出，从而使存储和刷新数据(或编程)非常方便、有效、可行。EEPRO还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为 可能，消除了 EEPRO啲紫外光擦除窗口，封装成本低，而且测试简单。EEPRO的种类很多，大致可分为串行、并行、加密型三种。串行 EEPR O啲优点 是管脚少、使用方便。加密型 EEPR O啲步骤比较复杂，可以对写入的数据进行 加密，避免越权存取。表4-1，给出了各种EEPRO的比较。表格 STYLEREF 1 s 4-SEQ 表格*ARABIC s 1 1 各种 EEPROI 的 比较 优点 缺点 串行 管脚少，应用方便 结构复杂，难以
4、做到高集成 并行 速度快，可做到高密度 管脚多，使用不方便 I加密型 I有保密功能结构复杂 I成本高 5.随机存储器（RAM）根据所采用的存储单元工作原理的不同，随机存储器又可分为静态存储器（Static Random Access Memory,简称 SRAM 和动态存储器（Dynamic Random Access Memory简称DRAM。由于动态存储器存储单元的结构非常简单，所以 它所能达到的集成度远高于静态存储器。但是动态存储器的存取速度不如静态存 储器快。6.flash memory flash memory是 1987年提出来的，是EERO走向成熟和半导体技术发展到 1卩m 技术
5、以下以及对大容量电可擦/存储器需求的产物。flash memory的优点是存储 容量大，可以整片擦除。目前市场上的flash从结构上大体可以分为 AND NAND NOR和DiNOF等几种。其中NOR和DiNOR的特点为相对电压低、随机读取快、功耗低、稳定性高，而 NAN刖AND勺特点为容量大、回写速度快、芯片面积小。现在，NOR和NANtFLASH 的应用最为广泛，在 CompactFlash、Secure Digital、PCCards、MM（存储卡以 及USB闪盘存储器市场都占用较大的份额。NOR的特点是可在芯片内执行（XIP，execute In Place），这样应该程序可以 直接在
6、flash内存内运行，不必再把代码读到系统RAM中0 NOR的传输效率很高，但写入和探险速度较低。而 NAND吉构能提供极高的单元密度，并且写入和擦除 的速度也很快，是高数据存储密度的最佳选择。这两种结构性能上的异同步如下：NOR的读速度比NAND肖快一些。NANDI勺写入速度比NOR快很多。NAND勺擦除速度远比NOR快。NAN啲擦除单元更小，相应的擦除电路也更加简单。NAND闪存中每个块的最大擦写次数量否万次，而 NOR勺擦写次数是十万次。此外，NAND勺实际应用方式要比NOF复杂得多。NOR可以直接使用，并在上面直 接运行代码。而NAND需要I/O接口，因此使用时需要驱动程序。不过当今流
7、行 的操作系统对NAND Flash都有支持，如风河（拥有 VxWorks系统）、微软（拥 有WinCE系统）等公司都采用了 TrueFFS驱动，此外，Linux内核也提供了对NAND Flash的支持 或非（NOR结构的Flash具有高速的随机存取功能，但成本较高；新的UltraNAND 结构的Flash相对于NOR结构的Flash，具有价格低，容量特别大的优势，支持 对存储器高速地连续存取。谝芯片工作电压范围在 2.73.6V，特别适用于需要 批量存储大量代码或数据的语音、图形、图像处理场合，在便携式移动存储和移 动多媒体系统中应用前景广阔。统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器
8、和数据存储器半导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并行加密型三种串行是管脚少使用方便加密型啲步骤比较复杂可以7.铁电存储器(FRAM)铁电存储器抗辐射
9、能力强、功耗低、速度高和成本相对较低。相对于其他类型的 存储器主要具有三大特点：几乎可以像RAM那样无限次写入；铁电存储器可以跟 随总线速度写入，无需任何的写入等待时间；超低功耗，写入时的能量消耗仅为 EEPRO的1/2500。由于具有以上特点，因而铁电存储器为高可靠性的数据存储 领域提供了良好的解决方案。4.1.2 半导体存储器的应用 控制系统都离不开存储器，4.1.1中已经提到存储器有很多的种类，在具体应用 中，选择怎样的存储器最为合适呢。电子计算机用磁介质的硬盘作为读写存储器，用光介质的光盘作为大容量的只读存储器，用 SDRA或DDRA作为数据存储器。一般的控制系统，要求体积小，功耗小，
10、可靠性高，所以，应用磁介质和光介质 的存储器不合适。在一些可靠性要求不是很高的场合也可以使用，如APLLE公司 推出硬盘MP3播放器，常用的CD机。但是更多场合把半导体存储器作为存储介 质。单片机系统可以用 ROM PROM EPROMEEPRQMflash memory，FRAM乍为 程序存储器，用RAM EEPRO,Mflash memory FRAM乍为数据存储器。现在的便 携设备手机、MP3 PDA等，也都是用半导体存储器作为存储介质的。1.只读存储器(ROM)ROM勺价格最低，适合与大批量生产。ROM勺数据由制造商在生产的过程中写入，用户无法更改内部数据，所以一般在产品成熟以后选用。
11、2.可编程 ROM(PROM)PROI在产品不够成熟，生产规模不大的场合选用。3.电可编程 ROM(EPROM)EPRO的擦除只能借助于长时间暴露于紫外光，使用很不方便，不能满足高性能 系统的要求。常用于产品开发阶段，如果是小批量生产也可以采用。常用的EPROM 如表4-2所示。表格 STYLEREF 1 s 4-SEQ 表格*ARABIC s 1 2 常用的 EPRO 器件 2 4 8 1 3 6 64KX16 25 51 10 KX8 KX8 KX8 6KX8 2KX8 4KX8 6KX8 2KX8 24KX 2 2 2 2 2 2 AT27H 27 27 27 7128 C1024 C0
12、10 C040 C080 统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器和数据存储器半导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并行加密型三种串行是管脚少
13、使用方便加密型啲步骤比较复杂可以716 732 764 7256 7512 2 2 2 2 2 7C16 7C32 7C64 7C256 7C512 4.电可擦除可编程 ROM(EEPROM)EEPRO有三种不同的种类，串行、并行、加密型。串行 EEPRO又有Microwire、SPI、I2C多种接口。串行接口连接方便，得到了广泛的应用。智能卡，都是采 用EEPRO作为存储器。常用的EERO器件如表4-3所示。表格 STYLEREF 1 s 4-SEQ 表格*ARABIC s 1 3 常用的 EEROM 类型 I2C SPI Microwire 型号举例 24C01(1K)25xx040(4K
14、bit)93C46(1K)24C02(2K)25xx080(8Kbit)93C56(2K)24C04(4K)25xx160(16Kbit)93C66(4K)24C08(8K)25xx320(32Kbit)93C76(8K)24C16(16K)25xx640(64Kbit)93C86(16K)24C32(32K)25xx256(256Kbit)24C64(64K)5.随机存储器(RAM)随机存储器存取方便，常被用作数据存储器。但是断电以后数据会丢失，不能长 时间保存数据。单片机系统中，常把静态RAM用作数据存储器。如静态RAMS片6264、62128、62256等。下面分别介绍这几种静态 RAM
15、 表格 STYLEREF 1 s 4-SEQ 表格*ARABIC s 1 4 常用的 RAM 器件 器件名称 6116 6264 62128 62256 628128 容量 2kX8 8kX8 16K X8 2KX8 128KX8 以上所列各种静态随机存储器芯片，都是采用 CMOST艺制作，单一+5V工作电 源，额定功耗200mW，典型存取时间为200ns，28管脚双列直插式封装。6 flash memory Flash存储器按其接口可分为串行和并行两大类。串行Flash存储器大多采用I2C 接口或 SPI 接口进行读写；与并行 F1ash 存储器相比，所需引脚少、体积小、易 于扩展、与单片机
16、或控制器连接简单、工作可靠，所以串行Flash存储器越来越 多地用在各类电子产品和工业测控系统中。统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器和数据存储器半导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口
17、封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并行加密型三种串行是管脚少使用方便加密型啲步骤比较复杂可以DataFlash是美国Atmel公司新推出的大容量串行 Flash存储器产品，采用NoR 技术制造，可用于存储数据或程序代码，其产品型号为 AT45DBxxxx此系列存 储器容量较大，从1Mb256M；封装尺寸小，最小封装型式（CBGA尺寸为6mrtK 8mm采用SPI接口进行读写，硬件连线少；内部页面尺寸较小，8Mb容量的页 面尺寸为264字节，16Mb和32Mb容量的页面尺寸为512字节，64Mb容量的页面 尺寸为1056字节，128Mb容量和256Mb容量的页面尺寸为2112字节。另
18、外，AT45DBxxxx系列存储器内部集成了两个与主存页面相同大小的 SRAM8存，极大 地提高了整个系统的灵活性，简化了数据的读写过程。此外，AT45DBxxxx系列 存储器工作电压较低，只需 2.73.6V；整个芯片的功耗也较小，典型的读取电 流为4mA待机电流仅为2MA。所有这些特点使得此系列存储器非常适合于构成 微型、低功耗的测控系统。笔者就使用AT45DBI61B存储器和PICI6LC73B单片机 及微型压力传感器构成了用两片纽扣电池驱动的微型压力测量装置，其外形尺寸 仅为由10mM 20mm 7铁电存储器（FRAM）铁电存储器主要包括两大类：串行 FRAM和并行FRAM其中串行FR
19、AM又分I2C 两线方式的FM24XX系列和SPI三线方式的FM25xx系列。串行FRAMf传统的 24xx、25xx型的EEPROM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 SRAMft接替换。铁电存储器可广泛用于除了一次性编程之外的所有其他存储器的应用领域。铁电 存储器既具有RAM的快速写入特性，又具有ROM勺非易失性，比现阶段广泛使用 的EEPRO及FLASH更具优势，尤其适用于数据写入频率高且要求掉电不丢失数 据的应用领域。1）数据采集：在数据采集和存储领域中，
20、FRAMg供了极具优势的方案，此方案比 SRAM1卩后备 电池方案更经济、更可靠，也比 E PROMT更好的写入特性。2）系统参数配置：任何非易失性记忆体均能保留一些配置，但是，FRAM勺高写入次数使得其可以 无限制地保持参数，不用顾虑参数随时更改，电源掉电时，FRAM勺高速写入解 决了数据丢失的烦恼。在噪声环境中，写数据对 EEPRO极具挑战性，在噪声和电源波动环境中，由于 EEPRO写入时间为几毫秒，太容易受干扰，而 FRAM写的速度非常快，噪声和电 源波动来不及干扰。（4）RF/ID 卡：在无接触记忆体领域，FRAM提供了完美的方案，因为RF/ID记忆通过RF方式供 电，EEPRO的长时
21、间和大功耗使得它不太适合这个领域。（5）保存轨迹：统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器和数据存储器半导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并
22、行加密型三种串行是管脚少使用方便加密型啲步骤比较复杂可以在高度复杂的系统中，在系统出故障时，系统状态和操作记录是很重要的数据，FRAM勺高写入次数特点使数据记录得以实现，能做出完美的系统日志。4.1.3 各种存储器性能比较 表格 STYLEREF 1 s 4-SEQ 表格*ARABIC s 1 5 各种存储器性能比较 技术类型 FRAM 低功耗 SRAM 非易失 RAM EEPROM flashmemory DRAM 单元大小 中 大 大 中 小 中 非易失性 是 是 是 是 是 否 并行读出速 度/ns 150200 25100 2545 60150 70150 3070 工作期限/次 10
23、 12 10 10 无限 无限 5 读无限，写 10 读无限，写 106 无限 平均功耗 低 低 中 中 中 高 表4-5给出了各存储器的性能比较。除了 DRAM卜，均有非易失性的特点。需要 掉电数据保持的场合，常用的器件有 FRAM存储器、EEPRO存储器和FLASH存储 器，或者用SRAM存储器加电池的办法解决。EEPRO读写速度低，容易受干扰，存在读写次数的限制（一般只有10万次）。SRAM加电池的办法则线路复杂，可靠性差，移动时容易造成数据丢失。FLASH和 FRAME对与EEROI和 SRAM更为合适。但是它们之间又各有特点，FLASH 技术相对FRAME为成熟，成本更低，存储容量较
24、大。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），但是并不是说在超统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器和数据存储器半导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的
25、需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并行加密型三种串行是管脚少使用方便加密型啲步骤比较复杂可以过这个次数之后，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 EEPROM FRAM可以作为E2PR0的第二种选择。它除了 EEPRO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勺100亿次访 问之后绝对不会有危险。(2)FRAM 与 SRAM 从速度、价格
26、及使用方便来看，SRAM优于FRAIM但是从整个设计来看，FRAMS 有一定勺优势。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 EEPROM 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FRAK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!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勺作用与成本 是FRAh无法比
27、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 FRAh会受 访问次数的限制。4.1.4 智能卡 智能卡的英文名称有“smart card”与“integrated circuit card”，后者经 常译作集成电路卡，简称 IC 卡。它把集成电路芯片封装入塑料基片中，外形与 普通磁卡做成的信用卡相似，厚度为 0.760.80mm。1根据芯片功能的差别不同划分为：统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器和数据存储器半
28、导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并行加密型三种串行是管脚少使用方便加密型啲步骤比较复杂可以现代人类的日 卡内芯片采用电擦除可编程只读存储器 EEP
29、RO,M可按照读写时序进行简单的读 写和存储。（2）逻辑加密卡：卡内芯片也采用EEPROM但附加有加密逻辑，每次读写卡之前，必须验证输入 密码。（3）CPU 卡：内含CPU RAM ROM EEPRO和固化于ROM勺片内操作系统，CPU管理信息的加/解密和传输，严格防范非法访问卡内信息。（4）超级智能卡：一种可以扩展键盘、液晶显示器的 CPU卡。是一种功能强大的卡式微机。2根据应用领域划分（1）金融卡（银行卡）金融卡又分为信用卡（credit card）和现金卡（debit card）等。信用卡主要 由银行发行与管理，持卡人用它作为消费时的支付工具，可以在世界范围内按预 先设定的透支金额进行支
30、付。而现金卡可用作电子存折和电子钱包，可以快速而 直接地支付中等量的交易款，也可以代替支付小额现金，通常现金卡是不允许透 支的。（2）非金融业领域应用 若按其用途罗列出来，可以看出它已渗入到我们生活的各个角落：身份证明卡：卡上存储的内容可包含持卡人的全部履历档案与生理档案，如指纹、声音、视网 膜等。可供个人身份的证明与进入通道管制区域或考勤等使用。健康保险卡：卡 上存储的内容可包含持卡人的身份、健康保险投保公司、医疗服务机构、个人健 康数据以及医疗费用支付等信息，主要供医疗与保险管理之用。3根据数据交换的形式划分（1）接触式 IC 卡：多个金属触点为卡上芯片与外界的信息传输媒介，成本低、实施相
31、对简便；（2）非接触式 IC 卡：不用触点，而借助无线收发传送信息，因此在前者难以胜任的交通运输等诸多场 合有较多应用。智能卡是应用最为广泛存储设备，给人们的生活带来了很多便利 常生活已经离不开智能卡。统无法工作一个单片机最小系统就必须包括程序存储器和数据存储器半导体存储器半导体存储器种类很多首先从存取功能上可以分为只读存储器简称即存储器简称可编程简称可擦除的可编程简称种不同类型只读存储器只读存储器在不会丢失它的缺点是只使用于存储那些固定数据的场合可编程中的数据可以由用户根据自己的需要写入但一经写入以后就不能再修改了电可编程里的数据则不但可以由拥根据自己的需要写入而且还能擦除重写所以具有更大的使用灵和刷新数据或编程非常方便有效可行还使得通过无线电或导线进行远距离编程成为可能消除了啲紫外光擦除窗口封装成本低而且测试简单的种类很多大致可分为串行并行加密型三种串行是管脚少使用方便加密型啲步骤比较复杂可以