串行EEPROM(24C02)接口方法

1、串行EEPROM（24C02）接口方法在新一代單片機(jī)中，無(wú)論總線型還是非總線型單片機(jī)，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性，都推出了芯片間的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，設(shè)置了芯片間的串行傳輸接口或串行總線。串行總線擴(kuò)展接線靈活，極易形成用戶的模塊化結(jié)構(gòu)，同時(shí)將大大簡(jiǎn)化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。串行器件不僅占用很少的資源和I/O 線，而且體積大大縮小，同時(shí)還具有工作電壓寬，抗干擾能力強(qiáng)，功耗低，數(shù)據(jù)不宜丟失和支持在線編程等特點(diǎn)。目前，各式各樣的串行接口器件層出不窮，如：串行EEPROM，串行ADC/DAC，串行時(shí)鐘芯片，串行數(shù)字電位器，串行微處理器監(jiān)控芯片，串行溫度傳感器等等。串行EEPROM 是在各種串行器件應(yīng)用中使用

2、較頻繁的器件，和并行EEPROM 相比，串行EEPROM 的數(shù)據(jù)傳送的速度較低，但是其體積較小，容量小，所含的引腳也較少。所以，它特別適合于需要存放非揮發(fā)數(shù)據(jù)，要求速度不高，引腳少的單片機(jī)的應(yīng)用。這里紹串行EEPROM 芯片，以及它們和單片機(jī)的接口技術(shù)。1、串行EEPROM 及其工作原理串行EEPROM 中，較為典型的有ATMEL 公司的AT24CXX 系列以及該公司生產(chǎn)的AT93CXX 系列，較為著名的半導(dǎo)體廠家，包括Microchip，國(guó)家半導(dǎo)體廠家等，都有AT93CXX系列EEPROM 產(chǎn)品。AT24CXX 系列EEPROMAT24CXX 系列的串行電可改寫(xiě)及可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM

3、 有10 種型號(hào)，其中典型的型號(hào)有AT24C01A/02/04/08/16 等5 種，它們的存儲(chǔ)容量分別是1024/2048/4096/8192/16384位，也就是128/256/512/1 024/2048 字節(jié)。這個(gè)系列一般用于低電壓，低功耗的工業(yè)和商業(yè)用途， 并且可以組成優(yōu)化的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)還有多種電壓級(jí)別， 包括5V(4.55.5V),2.7V(2.75.5V),2.5V(2.55.5V),1.8V(1.85.5V)等4 種電壓級(jí)別。它們的封裝有8引腳PDIP 方式，8 引腳和16 引腳SOIC 方式。信息存取采用2 線串行接口。這里我們就24C02的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其他系列比較類似。2、

4、結(jié)構(gòu)原理及引腳AT24C02 有地址線A0A2，串行數(shù)據(jù)引腳SDA，串行時(shí)鐘輸入引腳SCL，寫(xiě)保護(hù)引腳WP 等引腳。很明顯，其引腳較少，對(duì)組成的應(yīng)用系統(tǒng)可以減少布線，提高可靠性。各引腳的功能和意義如下。(8):VCC 引腳，電源+5V。(4):GND 引腳，地線。(6):SCL 引腳，串行時(shí)鐘輸入端。在時(shí)鐘的正跳沿即上升沿時(shí)把數(shù)據(jù)寫(xiě)入EEPROM；在時(shí)鐘的負(fù)跳沿即下降沿時(shí)把數(shù)據(jù)從EEPROM 中讀出來(lái)。(5):SDA 引腳，串行數(shù)據(jù)I/O 端，用于輸入和輸出串行數(shù)據(jù)。這個(gè)引腳是漏極開(kāi)路的端口，故可以組成“線或”結(jié)構(gòu)。(1)、(2)、(3):A0,A1,A2 引腳，是芯片地址引腳。在型號(hào)不同時(shí)意

5、義有些不同，但都要接固定電平。(7):WP 引腳，寫(xiě)保護(hù)端。這個(gè)端提供了硬件數(shù)據(jù)保護(hù)。當(dāng)把WP 接地時(shí)，允許芯片執(zhí)行一般讀寫(xiě)操作；當(dāng)把WP 接VCC 時(shí)，則對(duì)芯片實(shí)施寫(xiě)保護(hù)。3、存儲(chǔ)器的組織及運(yùn)行存儲(chǔ)器的組織：對(duì)于不同的型號(hào)，存儲(chǔ)器的組織不一樣，其關(guān)鍵原因在于存儲(chǔ)器容量存在差異。對(duì)于AT24CXX 系列的EEPROM，其典型型號(hào)的存儲(chǔ)器組織如下。AT24C01A:內(nèi)部含有128 個(gè)字節(jié)，故需要7 位地址對(duì)其內(nèi)部字節(jié)進(jìn)行尋址AT24C02:內(nèi)部含有256 個(gè)字節(jié)， 故需要8 位地址對(duì)其內(nèi)部字節(jié)進(jìn)行讀寫(xiě)。4、運(yùn)行方式：對(duì)于時(shí)鐘及數(shù)據(jù)傳送，串行數(shù)據(jù)I/O 端口SDA 一般需要用外部上拉電阻將其電平拉

6、高。加到SDA 的數(shù)據(jù)只有在串行時(shí)鐘SCL 對(duì)于低電平的時(shí)間周期內(nèi)可以改變。當(dāng)串行時(shí)鐘SCL處于高電平時(shí)，SDA 的數(shù)據(jù)變化用于指明起始或停止?fàn)顟B(tài)。在SCL 為高電平期間，如果SDA從低電平上升到高電平，則表示起始狀態(tài)；如果SDA 從高電平下降到低電平，則表示停止?fàn)顟B(tài)。起始狀態(tài)：當(dāng)SCL 為高電平時(shí)，SDA 由高電平變到低電平則處于起始狀態(tài)。起始狀態(tài)應(yīng)處于任何其他命令之前。停止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)SCL 處于高電平時(shí)，SDA 從低電平變到高電平則處于停止?fàn)顟B(tài)。在執(zhí)行完讀序列信號(hào)之后，停止命令將把EEPROM 置于低功耗的備用方式(Standby Mode).應(yīng)答信號(hào)：應(yīng)答信號(hào)是由接受數(shù)據(jù)的器件發(fā)出的。當(dāng)E

7、EPROM 接受完一個(gè)寫(xiě)入數(shù)據(jù)之后，會(huì)在SDA 上發(fā)一個(gè)”0”應(yīng)答信號(hào)。反之，當(dāng)單片機(jī)接受完來(lái)自EEPROM 的數(shù)據(jù)后單片機(jī)也應(yīng)向SDA 發(fā)ACK 信號(hào)。ACK 信號(hào)在第9 個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)出現(xiàn)。備用方式(Standby Mode)：AT24C01A/02/04/08/16 都具有備用方式，以保證在沒(méi)有讀寫(xiě)操作時(shí)芯片處于低功耗狀態(tài)。在下面兩種情況中，EEPROM 都會(huì)進(jìn)入備用方式：第一， 芯片通電的時(shí)候；第二，在接到停止位和完成了任何內(nèi)部操作之后。AT24C02 等5 種典型的EEPROM 在進(jìn)入起始狀態(tài)之后，需要一個(gè)8 位的“器件地址字”去啟動(dòng)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。在?xiě)操作中，它們有“字節(jié)寫(xiě)”，

8、“頁(yè)面寫(xiě)”兩種不同的寫(xiě)入方法。在讀操作中，有“現(xiàn)行地址讀”，“隨機(jī)讀”和“順序讀”三種各具特點(diǎn)的讀出方法。下面分別介紹器件尋址，寫(xiě)操作和讀操作。 器件尋址：所謂器件尋址(Device Addressing)就是用一個(gè)8 位的器件地址字(Device Address Word)去選擇存儲(chǔ)器芯片。在邏輯電路中的AT24CXX 系列的5 種芯片種，即AT24C01A/02/04/08/16 中，如果和器件地址字相比較結(jié)果一致，則讀芯片被選中。下面對(duì)器件尋址的過(guò)程和意義加以說(shuō)明。 芯片的操作地址D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 0 1 0 A2 A1 A0 R/W圖1：命令字格式用于存

9、儲(chǔ)器EEPROM 芯片尋址的器件地址字如圖1所示。它有4 種方式，分別對(duì)應(yīng)于1K/2K,4K,8K 和16K 位的EEPROM 芯片。從圖中看出：器件地址字含有3 個(gè)部分。第一部分是高4 位，它們稱為EEPROM AT24C01A/02/04/08/16 的標(biāo)識(shí)第二部分稱為硬布線地址，它們是標(biāo)識(shí)后的3 位。第三部分是最低位，它是讀/寫(xiě)操作選擇位。第一部分：器件標(biāo)識(shí)，器件地址字的最高4 位。這4 位的內(nèi)容恒為”1010”，用于標(biāo)識(shí)EEPROM 器件AT24C01A/02/04/08/16。第二部分：硬布線地址，是與器件地址字的最高4 位相接的低3 位。硬布線地址的3 位有2 種符號(hào)：Ai(i=0

10、2),Pj(j=02)其中Ai 表示外部硬布線地址位對(duì)于AT24C10A/02 這兩種1K/2K 位的EEPROM 芯片，硬布線地址為”A2,A1,A0”.在應(yīng)用時(shí)，”A2,A1,A0”的內(nèi)容必須和EEPROM 芯片的A2,A1,A0 的硬布線情況，即邏輯連接情況相比較，如果一樣，則芯片被選中；否則，不選中。AT24C01A/02:真正地址=字地址第三部分：讀/寫(xiě)選擇位，器件地址字的最低位，并用R/W 表示。當(dāng)R/W=1 時(shí)，執(zhí)行讀操作；當(dāng)R/W=0 時(shí)，執(zhí)行寫(xiě)操作。當(dāng)EEPROM 芯片被選中時(shí)，則輸出”0”；如果EEPROM 芯片沒(méi)有被選中，則它回到備用方式。被選中的芯片。其以后的輸入，輸出

11、情況視寫(xiě)入和讀出的內(nèi)容而定。寫(xiě)操作：AT24C01A/02/04/08/16 這5 種EEPROM 芯片的寫(xiě)操作有2 種：一種是字節(jié)寫(xiě)，另一種是頁(yè)面寫(xiě)。字節(jié)寫(xiě)：這種寫(xiě)方式只執(zhí)行1 個(gè)字節(jié)的寫(xiě)入。其寫(xiě)入過(guò)程分外部寫(xiě)和內(nèi)部寫(xiě)兩部分，分別說(shuō)明如下：在起始狀態(tài)中，首先寫(xiě)入8 位的器件地址。則EEPROM 芯片會(huì)產(chǎn)生一個(gè)”0”信號(hào)ACK輸出作為應(yīng)答；接著，寫(xiě)入8 位的字地址，在接受了字地址之后，EEPROM 芯片又產(chǎn)生一個(gè)”0”應(yīng)答信號(hào)ACK；隨后，寫(xiě)入8 位數(shù)據(jù)，在接受了數(shù)據(jù)之后，芯片又產(chǎn)生一個(gè)”0”信號(hào)ACK 作為應(yīng)答。到此為止，完成了一個(gè)字節(jié)寫(xiě)過(guò)程，故應(yīng)在SDA 端產(chǎn)生一個(gè)停止?fàn)顟B(tài)，這是外部寫(xiě)過(guò)程

12、。在這個(gè)過(guò)程中，控制EEPROM 的單片機(jī)應(yīng)在EEPROM 的SCL，SDA 端送入恰當(dāng)?shù)男盘?hào)。當(dāng)然在一個(gè)字節(jié)寫(xiě)過(guò)程結(jié)束時(shí)，單片機(jī)應(yīng)以停止?fàn)顟B(tài)結(jié)束寫(xiě)過(guò)程。在這時(shí)，EEPROM 進(jìn)入內(nèi)部定時(shí)的寫(xiě)周期，以便把接受的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到存儲(chǔ)單元中。在EEPROM 的內(nèi)部寫(xiě)周期中，其所有輸入被屏蔽，同時(shí)不響應(yīng)外部信號(hào)直到寫(xiě)周期完成。這是內(nèi)部寫(xiě)過(guò)程。內(nèi)部寫(xiě)過(guò)程大約需要10ms 時(shí)間。內(nèi)部寫(xiě)過(guò)程處于停止?fàn)顟B(tài)與下一次起始狀態(tài)之間。頁(yè)面寫(xiě)：這種寫(xiě)入方式執(zhí)行含若干字節(jié)的1 個(gè)頁(yè)面的寫(xiě)入。對(duì)于AT24C01A/02，它們的1 個(gè)頁(yè)面含8 個(gè)字節(jié)；頁(yè)面寫(xiě)的開(kāi)頭部分和字節(jié)寫(xiě)一樣。在起始狀態(tài)，首先寫(xiě)入8 位器件地址；待EEPRO

13、M 答當(dāng)了”0”信號(hào)ACK 之后，寫(xiě)入8 位字地址；又待芯片應(yīng)了”0”信號(hào)ACK 之后，寫(xiě)入8 位數(shù)據(jù)。隨后頁(yè)面寫(xiě)的過(guò)程則和字節(jié)寫(xiě)有區(qū)別。當(dāng)芯片接受了第一個(gè)8 位數(shù)據(jù)并產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)ACK 之后，單片機(jī)可以連續(xù)向EEPROM芯片發(fā)送共為1 頁(yè)面的數(shù)據(jù)。對(duì)于AT24C01A/02，可發(fā)送共1 個(gè)頁(yè)面的8 個(gè)字節(jié)（連第一個(gè)8 位數(shù)據(jù)在內(nèi)）。對(duì)于AT24C04/08/16，則共可發(fā)送1 個(gè)頁(yè)面共16 個(gè)字節(jié)（連第一個(gè)8 位數(shù)據(jù)在內(nèi)）。當(dāng)然，每發(fā)一個(gè)字節(jié)都要等待芯片的應(yīng)答信號(hào)ACK。之所以可以連續(xù)向芯片發(fā)送1 個(gè)頁(yè)面數(shù)據(jù)，是因?yàn)樽值刂返牡?4 位在EEPROM 芯片內(nèi)部可實(shí)現(xiàn)加1，字地址的高位不變，用于

14、保持頁(yè)面的行地址。頁(yè)面寫(xiě)和字節(jié)寫(xiě)兩者一樣可，都分為外部寫(xiě)和內(nèi)部寫(xiě)過(guò)程。應(yīng)答查詢：應(yīng)答查詢是單片機(jī)對(duì)EEPROM 各種狀態(tài)的一種檢測(cè)。單片機(jī)查詢到EEPROM有應(yīng)答”0”信號(hào)ACK 輸出，則說(shuō)明其內(nèi)部定時(shí)寫(xiě)的周期結(jié)束，可以寫(xiě)入新的內(nèi)容。單片機(jī)是通過(guò)發(fā)送起始狀態(tài)及器件地址進(jìn)行應(yīng)答查詢的。由于器件地址可以選擇芯片，則檢測(cè)芯片送出到SDA 的狀態(tài)就可以知道其是否有應(yīng)答了。讀操作：讀操作的啟動(dòng)是和寫(xiě)操作類同的。它一樣需要圖1所示的器件地址字。和寫(xiě)操縱不同的就是信號(hào)下降沿時(shí)執(zhí)行讀操作。讀操縱有3 種方式，即現(xiàn)行地址讀，隨機(jī)讀和順序讀。下面分別說(shuō)明它們的工作過(guò)程。現(xiàn)行地址讀：在上次讀或?qū)懖倏v完成之后。芯片內(nèi)

15、部字地址計(jì)數(shù)器會(huì)加1，產(chǎn)生現(xiàn)行地址。只要沒(méi)有再執(zhí)行讀或?qū)懖僮?，這個(gè)現(xiàn)行地址就會(huì)在EEPROM 芯片保持接電的期間一直保存。一旦器件地址選中EEPROM 芯片，并且有R/W=1，則在芯片的應(yīng)答信號(hào)ACK 之后把讀出的現(xiàn)行地址的數(shù)據(jù)送出?，F(xiàn)行地址的數(shù)據(jù)輸出時(shí)，就由單片機(jī)一位一位接受，接收后單片機(jī)不用向EEPROM 發(fā)應(yīng)答信號(hào)ACK”0”電平，但應(yīng)保證發(fā)出停止?fàn)顟B(tài)的信號(hào)以結(jié)束現(xiàn)行地址讀操作。現(xiàn)行地址讀會(huì)產(chǎn)生地址循環(huán)覆蓋現(xiàn)象，但和寫(xiě)操縱的循環(huán)覆蓋不同。在寫(xiě)操縱中，地址的循環(huán)覆蓋是現(xiàn)行頁(yè)面的最后一個(gè)字節(jié)寫(xiě)入之后，再行寫(xiě)入則覆蓋同一頁(yè)面的第一個(gè)字節(jié)。而在現(xiàn)行地址讀操縱中，地址的循環(huán)覆蓋是在最后頁(yè)面的最后一

16、個(gè)字節(jié)讀出之后，再行讀出才覆蓋第一個(gè)頁(yè)面的第一個(gè)字節(jié)。隨機(jī)讀：隨機(jī)讀和現(xiàn)行地址讀的最大區(qū)別在于隨機(jī)讀會(huì)執(zhí)行一個(gè)偽寫(xiě)入過(guò)程以把字地址裝入EEPROM 芯片中，然后執(zhí)行讀出，顯然，隨機(jī)讀有2 個(gè)步驟。第一，執(zhí)行偽寫(xiě)入把字地址送入EEPROM，以選擇需讀的字節(jié)。第二，執(zhí)行讀出根據(jù)字地址讀出對(duì)應(yīng)內(nèi)容。當(dāng)EEPROM 芯片接收了器件地址及字地址時(shí)，在芯片產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)ACK 之后，單片機(jī)必須再產(chǎn)生一個(gè)起始狀態(tài)，執(zhí)行現(xiàn)行地址讀，這時(shí)單片機(jī)再發(fā)出器件地址并且令R/W=1，則EEPROM 應(yīng)答器件地址并輸出被讀數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)讀出時(shí)由單片機(jī)執(zhí)行一位一位接收，接收完畢后，單片機(jī)不用發(fā)”0”應(yīng)答信號(hào)ACK，但必須產(chǎn)生停

17、止?fàn)顟B(tài)以結(jié)束隨機(jī)讀過(guò)程。應(yīng)該注意：在隨機(jī)讀的第二個(gè)步驟是執(zhí)行現(xiàn)行地址讀的，由于第一個(gè)步驟時(shí)芯片接收了字地址，故現(xiàn)行地址就是所送入的字地址。順序讀：順序讀可以用現(xiàn)行地址讀或隨機(jī)讀進(jìn)行啟動(dòng)。它和現(xiàn)行地址讀、隨機(jī)讀的最大區(qū)別在于：順序讀在讀出一批數(shù)據(jù)之后才由單片機(jī)產(chǎn)生停止?fàn)顟B(tài)結(jié)束讀操作；而現(xiàn)行地址讀和隨機(jī)讀在讀出一個(gè)數(shù)據(jù)之后就由單片機(jī)產(chǎn)生停止?fàn)顟B(tài)結(jié)束讀操作。執(zhí)行順序讀時(shí)，首先執(zhí)行現(xiàn)行讀或隨機(jī)讀的有關(guān)過(guò)程，在讀出第一個(gè)數(shù)據(jù)之后，單片機(jī)輸出“0”應(yīng)答信號(hào)ACK。在芯片接收應(yīng)答信號(hào)ACK 后，就會(huì)對(duì)字地址進(jìn)行計(jì)數(shù)加1，隨后串行輸出對(duì)應(yīng)的字節(jié)。當(dāng)字地址計(jì)數(shù)達(dá)到存儲(chǔ)器地址的極限時(shí)，則字地址會(huì)產(chǎn)生覆蓋，順序讀將

18、繼續(xù)進(jìn)行。只有在單片機(jī)不再產(chǎn)生“0”應(yīng)答信號(hào)ACK，而在接收數(shù)據(jù)之后馬上產(chǎn)生停止?fàn)顟B(tài)，才會(huì)結(jié)束順序讀操作。在對(duì)AT24CXX 系列執(zhí)行讀寫(xiě)的2 線串行總線工作中，其有關(guān)信號(hào)是由單片機(jī)的程序和EEPROM 產(chǎn)生的。有兩點(diǎn)特別要記住：串行時(shí)鐘必須由單片機(jī)程序產(chǎn)生，而應(yīng)答信號(hào)ACK則是由接收數(shù)據(jù)的器件產(chǎn)生，也就是寫(xiě)地址或數(shù)據(jù)時(shí)由EEPROM 產(chǎn)生ACK，而讀數(shù)據(jù)時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)生。串行EEPROM（24C02）參考程序;=;寫(xiě)24C02 EEPROM數(shù)據(jù)子程序;R0:RAM地址指針,R2:8位移位計(jì)數(shù)器;R3:數(shù)據(jù)字節(jié)計(jì)數(shù)器;R4:24C02 存儲(chǔ)地址;-WR_EEROM: NOPW_LOOP: ACALL START24 MOV A,#0A0H ACALL WBYTE MOV A,R4 ACALL WBYTE MOV A,R0 ACALL WBYTE ACALL STOP24 ACALL DLY10MS INC R0 INC R4 DJNZ R3,W_LOOP RET ;=;讀24C02 EEPROM數(shù)據(jù)子程序;R0:RAM地址指針,R2:8位移位計(jì)數(shù)器;R3:數(shù)據(jù)字節(jié)計(jì)數(shù)器;R4:24C02 存儲(chǔ)地址;-RD_EEROM: NOPR_LOOP1: ACALL START24 MOV A,#0A