串行E2PROM的类型及应用

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串行E2PROM是可在线电擦除和电写入的存储器，具有体积小、接口简单、数据保存可靠、可在线改写、功耗低等特点，而且为低电压写入，在单片机系统中应用十分普遍。
串行E2PROM按总线形式分为三种，即I2C总线、Microwire总线及SPI总线三种。本文将以Microchip公司的产品为例对以上三种串行E2PROM进行介绍。
一、I2C总线型
　　I2C总线，是INTER INTEGRATED CIRCUIT
BUS的缩写，即“内部集成电路总线”。I2C总线采用时钟(SCL)和数据(SDA)两根线进行数据传输，接口十分简单。Microchip公司的24XX系列串行E2PROM存储容量从128位(16×8)至256k位(32k×8)，采用I2C总线结构。24XX中，XX为电源电压范围。
　　1?引脚
图1是24AA00/24LC00/24C00型128位I2C总线串行E2PROM的引脚图。
　　SDA是串行数据脚。该脚为双向脚，漏极开路，用于地址、数据的输入和数据的输出，使用时需加上拉电阻。
　　SCL是时钟脚。该脚为器件数据传输的同步时钟信号。
SDA和SCL脚均为施密特触发输入，并有滤波电路，可有效抑制噪声尖峰信号，保证在总线噪声严重时器件仍能正常工作。
在单片机系统中，总线受单片机控制。单片机产生串行时钟(SCL)，控制总线的存取，发送STRAT和STOP信号。
　　2?总线协议
仅当总线不忙(数据和时钟均保持高电平)时方能启动数据传输。在数据传输期间，时钟(SCL)为高电平时数据(SDA)必须保持不变。在SCL为高电平时数据线(SDA)从高电平跳变到低电平，为开始数据传输(START)的条件，开始数据传输条件后所有的命令有效；SCL为高电平时，数据(SDA)从低电平跳变到高电平，为停止数据传输(STOP)的条件，停止数据传输条件后所有的操作结束。开始数据传输START后、停止数据传输STOP前，SCL高电平期间，SDA上为有效数据。字节写入时，每写完一个字节，送一位传送结束信号ACK，直至STOP；读出时，每读完一个字节，送一位传送结束信号ACK，但STOP前一位结束时不送ACK信号。
3?器件寻址
START后，单片机发送一个控制字，该控制字包括Start位(S)、受控地址(7位，对24XX00来说前四位为1010，后三位无关系)、读写(R/W)选择位(“1”为读，“0”为写)及传送结束位ACK。24XX00的控制字格式如下：
S 1 0 1 0 X X X R/W ACK
24XX00随时监视总线上是否为有效地址，若受控地址正确且器件未处在编程方式下，则产生传送结束位ACK。
　　4?写操作　
单片机送出开始信号后，接着送器件码(7位)、R/W位，表示ACK位后面为待写入数据字节的字地址和待写入数据字节，然后结束一个字节的写入。即S＋写控制字(R/W位为＋ACK＋字地址＋ACK＋写入数据＋ACK＋STOP。
5?读操作
读操作有三种，读当前地址的内容、读指定地址的内容、读指定起始地址后的若干字节的内容。
读当前地址的内容为：S＋读控制字(R/W位为＋ACK＋读出数据＋no ACK＋STOP
读指定地址的内容为：S＋写控制字(R/W位为＋ACK＋写入数据＋ACK＋读控制字(R/W位为＋ACK＋读出数据＋no
ACK＋STOP
读指定起始地址后的若干字节的内容为：S＋写控制字(R/W位为＋ACK＋写入数据＋ACK＋读控制字(R/W位为＋ACK＋读出数据(1)＋ACK＋……＋读出数据(n＋x)＋noACK＋STOP

24XX系列串行E2PROM存储芯片与单片机硬件接口只有SCL和SDA两根线！

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[url=http://www.autoelectric.cn/discuz/misc.php?action=viewratings&tid=4636&pid=15506][/url]二、Microwire总线型
Microwire总线采用时钟(CLK)、数据输入(DI)、数据输出(DO)三根线进行数据传输，接口简单。Microchip公司的93XXX系列串行E2PROM存储容量从1k bit(×8/×16)至16k bit(×8/×16)，采用Microwire总线结构。产品采用先进的CMOS技术，是理想的低功耗非易失性存储器器件。
1?引脚
93XX系列串行E2PROM的产品很多，附图是93AA46型1k 1.8V Microwire总线串行E2PROM的引脚图。
CS是片选输入，高电平有效。CS端低电平，93AA46为休眠状态。但若在一个编程周期启动后，CS由高变低，93AA46将在该编程周期完成后立即进入休眠状态。在连续指令与连续指令之间，CS必须有不小于250ns（TCSL)的低电平保持时间，使之复位(RESET)，芯片在CS为低电平期间，保持复位状态。　　CLK是同步时钟输入，数据读写与CLK上升沿同步。对于自动定时写周期不需要CLK信号。　　DI是串行数据输入，接受来自单片机的命令、地址和数据。　　DO是串行数据输出，在DO端需加上拉电阻。ORG是数据结构选择输入，当ORG为高电平时选×16结构，ORG为低电平时选×8结构。
2?工作模式
根据单片机的不同命令，93AA46有7种不同的工作模式，附表给出在ORG=1(×16结构)时的命令集(表中“S”为Start位)。ORG=0(×8结构)，除在地址前加A6位或在地址后加一位“X”外，其余与附表相同。　　除了读数据或编程操作期间检查READY/BUSY状态时外，DO脚均为高阻状。在擦除/写入过程中，DO为高电平表示“忙”，低电平表示“准备好”。在CS下降沿到来时，DO进入高阻态。若在写入和擦除转换期间，CS保持高电平，则DO端的状态信号无效。
3?功能
START(起始)条件　CS和DI均为高电平后CLK的第一个上升沿，确定为START。若紧随START条件后DI端输入满足7种工作模式中的一种所需的命令码、地址及数据位的组合，指令将被执行。执行完一条指令后，未检测到新的START条件，DI、CLK信号不起作用。数据保护　上电时，Vcc未升到1?4V前，所有操作方式均被禁止。掉电时，一旦Vcc低于1?4V，源数据保护电路启动，所有操作方式均被禁止。芯片上电时自动进入擦写禁止状态，保护芯片不被误擦写。EWEN命令也可以防止误擦写，详见擦写禁止和擦写使能。　　读操作READ　当CS为高电平时，芯片在收到读命令和地址后，从DO端串行输出指定单元的内容(高位在前)。写操作WRITE　当CS为高电平时，芯片收到写命令和地址后，从DI端接收串行输入16位或8位数据(高位在前)。在下一个时钟上升沿到来前将CS端置为(低电平保持时间不小于250ns)，再将CS恢复为"1"，写操作启动。此时DO端由“1”变成“0”，表示芯片处于写操作的“忙”状态。芯片在写入数据前，会自动擦除待写入单元的内容，当写操作完成后，DO端变成“1”，表示芯片处于“准备好”状态，可以接受新命令。
擦写禁止和擦写使能(EWDS/EWEN)　芯片收到EWDS命令后进入擦写禁止状态，不允许对芯片进行任何擦或写操作，芯片上电时自动进入擦写禁止状态。此时，若想对芯片进行擦写操作，必须先发EWEN命令，因而防止了干扰或其它原因引起的误操作。芯片接受到EWEN命令后，进入擦写允许状态，允许对芯片进行擦或写操作。读READ命令不受EWDS和EWEN的影响。
擦除、片擦除、片写入操作(ERASE/ERAL/WRAL)　擦除ERASE指令擦除指定地址的内容，擦除后该地址的内容为“1”；片擦除ERAL指令擦除整个芯片的内容，擦除后芯片所有地址的内容均为“1”；片写WRAL命令将特定内容整片写入。片擦除和片写入时，在接受完命令和数据，CS从“1”变成“0”再恢复为“1”(低电平保持时间不小于250ns)后，片擦除或片写入启动，擦除、写入均为自动定时方式。自动定时方式下不需要CLK时钟。
93AA46与单片机的接口电路及数据传输程序此处不再一一写出。