常用串行EEPROM的編程應(yīng)用（二）

Microwire總線

Microwire總線是美國國家半導(dǎo)體公司研發(fā)的一種簡單的串行通訊接口協(xié)議，該總線是采用三線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Microwire總線和SPI總線一樣數(shù)據(jù)輸入輸出分別使用一根引線，同樣可以提供同步數(shù)據(jù)傳輸方式，可以適用在多種微控制器、EEPROM或ADC等場合。常用EEPROM的93系列芯片就是采用該總線的芯片，采用COMS技術(shù)，體積小巧，和24、25系列芯片一樣也是一種理想的低功耗非易失性存儲器。常見的93系列EEPROM存儲器容量從256位到16K位。93芯片廣泛使用在各種家電、通訊、交通或工業(yè)設(shè)備中，通常是用于保存設(shè)備或個人的相關(guān)設(shè)置數(shù)據(jù)。如最常見到網(wǎng)卡上的93芯片就是用于保存網(wǎng)卡的MAC物理地址、供應(yīng)商名稱以及相關(guān)配置。生產(chǎn)93系列芯片的公司也有很多。如ATMEL公司生產(chǎn)的93C46芯片是該公司生產(chǎn)的93系列芯片的一種，它有1K位的存儲空間，93系列有二種數(shù)據(jù)輸入輸出模式，分別為8位和16位數(shù)據(jù)模式，1K位的存儲位就可以分為128×8和64×16，它的電壓范圍是2.7V到5.5V和1.8V到5.5V，可以適應(yīng)低電壓的應(yīng)用，在5V的電壓下最高時(shí)鐘頻率可以達(dá)到2M，芯片可以進(jìn)行一百萬次的擦寫，數(shù)據(jù)可以保存一百年。

圖二

圖二是ATMEL公司的93C46的PID封裝引腳圖。CS引腳為片選引腳，高電平為有效，用于同一總線上不同芯片的選擇。在執(zhí)行每一個指令之前先要把CS拉高，指令完成后把CS拉低使芯片進(jìn)入復(fù)位休眠狀態(tài)，CS為低時(shí)，芯片保持復(fù)位狀態(tài)。在連續(xù)操作多個指令時(shí)，指令與指令間，CS必須要有不小于一個TCS時(shí)間的低電平保持，使芯片復(fù)位。ATMEL公司的93C46芯片工作電壓2.7V－5.5V的型號TCS不能小于250ns，工作電壓1.8V－5.5V的型號TCS不能小于1000ns。SK是串行時(shí)鐘輸入引腳。DI是串行數(shù)據(jù)輸入引腳，接收微控制器傳向芯片的數(shù)據(jù)、地址和命令數(shù)據(jù)。DO是串行數(shù)據(jù)輸出引腳。ORG引腳是內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)選擇輸入引腳，該腳為高電平時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為×16，低電平時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為×8，DC是空腳。

圖三

圖三是93C46芯片的MicroWire總線時(shí)序圖。在編寫驅(qū)動程序前，先要分析一下這個時(shí)序圖。從圖中可以看到，在CS被拉高至少tCSS時(shí)間(CS初始時(shí)間)后，才能開始在SK上傳送時(shí)鐘信號，時(shí)鐘的正半周和負(fù)半周時(shí)間不能小于tSKH和tSKL。最后一個時(shí)鐘的正半周發(fā)送完后CS仍要保持tCSH時(shí)間(CS保持時(shí)間)后才可以拉低CS，tCSH的最小值可為0。指令輸入時(shí)數(shù)據(jù)在SK的負(fù)半周低電平時(shí)開始設(shè)置，圖中的tDIS(DI設(shè)置時(shí)間)，在SK的高電平時(shí)至少保持tDIH時(shí)間(DI保持時(shí)間)。在圖中第四條時(shí)序線圖中則可以看到在芯片讀操作時(shí)DO輸入1或0時(shí)的時(shí)序，可以看出在SK上升沿開始后tPD0或tPD1時(shí)，DO才輸出數(shù)據(jù)，在編寫驅(qū)動時(shí)就要注意讀DO時(shí)可在SK拉高好延時(shí)tPD0(tPD1)后才讀取DO的值，否則會造成誤讀。第五條時(shí)序線圖則時(shí)是指芯片編程時(shí)在CS上升沿開始tSV時(shí)間后DO輸出狀態(tài)值，tDF是指CS下降沿開始到tDF時(shí)間后才進(jìn)入高阻態(tài)。因?yàn)椴煌男酒吞?、工作電壓和工作頻率這么參數(shù)值都會有所不同，93C46的具體參數(shù)可以參看芯片資料。

93C46有7個操作指令，微處理器就是靠發(fā)送這幾個指令來實(shí)現(xiàn)芯片的讀寫等功能。表一是93C46的指令表。在93C的其它型號中指令基本是一樣，所不同的是地址位的長度，在使用時(shí)要查看相關(guān)芯片資料，得知地址位長度后再編寫驅(qū)動程序。因?yàn)?3C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有兩種，所以地址位和數(shù)據(jù)位會有x8x16兩種模式，這在編程時(shí)也是要注意的。在ERASE、WRITE、ERAL、WRAL指令之前必須先發(fā)送EWEN指令，使芯片進(jìn)入編程狀態(tài)，在編程結(jié)束后發(fā)EWDS指令結(jié)束編程狀態(tài)。

READ（讀數(shù)據(jù)）

所有的指令的第一位為START（起始位），芯片確認(rèn)起始位的條件是：CS和DI為高電平時(shí)，SK的第一個脈沖高電平時(shí)DI仍為高電平。微控制器發(fā)送完起始位后就可以輸入7種指令所需的命令代碼、地址碼和數(shù)據(jù)來完成指令操作。READ指令在發(fā)送完地址碼AN-A0后（地址碼位數(shù)位要根據(jù)型號和所選用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來確定），DO從高阻態(tài)變?yōu)榈碗娖?，在隨后的一個SK脈沖后在DO輸出DN-DO的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)位數(shù)由所選用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來確定)，微控制器在這時(shí)讀取DO取得數(shù)據(jù)，讀取完數(shù)據(jù)后拉低CS結(jié)束指令。

圖四

EWEN（擦寫使能）

芯片上電后就進(jìn)入EWDS擦寫禁止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)要進(jìn)行擦寫指令，微控制器必須先要發(fā)送EWEN指令，使能芯片進(jìn)入允許擦寫的狀態(tài)，否則操作任何擦寫指令都是無效的。在完成擦寫操作后發(fā)送EWDS指令，使芯片進(jìn)入禁止擦寫的狀態(tài)，這樣可以防止因干擾或其它原因造成的數(shù)據(jù)錯誤。要注意的是：在第一個EWEN指令后芯片一直保持在擦寫允許狀態(tài)，直到使用EWDS或開斷電源，芯片才會重新進(jìn)入擦寫禁止?fàn)顟B(tài)。

圖五

EWDS（編程禁止）

圖六

WRITE（寫入數(shù)據(jù)）

WRITE指令在發(fā)送完數(shù)據(jù)位后，CS至少拉低tCS時(shí)間再拉高，這時(shí)DO會從高阻態(tài)變?yōu)榈碗娖絹碇甘拘酒谶M(jìn)行編程，微控制器應(yīng)在這時(shí)檢測DO，當(dāng)DO再次拉高時(shí)芯片編程完成芯片進(jìn)行就緒狀態(tài)，這時(shí)才可以進(jìn)行下一個指令。芯片編程所需的時(shí)間為tWP,這個時(shí)間最大為10MS，所以微控制器在對芯片編程時(shí)最好用一個循環(huán)檢測DO，當(dāng)檢測到高電平時(shí)，說明寫入過程結(jié)束，應(yīng)該退出循環(huán)體。如果循環(huán)體循環(huán)10MS后仍然沒有檢測到高電平時(shí)，說明有故障引起操作超時(shí)，這時(shí)要退出循環(huán)體，以免進(jìn)入死循環(huán)。這樣的代碼在前面文章的例子中也是有使用的。WRAL指令和WRITE指令對寫入過程的處理方式是一樣的，不一樣的是WRAL是把數(shù)據(jù)寫入到所有地址中，時(shí)間會長點(diǎn)，而且要求電源在4.5-5.5V。

圖七

WRAL（全部寫入）

圖八

ERASE（擦除數(shù)據(jù)）

ERASE指令可以說是另一種形式的寫入指令，所不同的是它不用發(fā)送數(shù)據(jù)，它會把指定地址的所有數(shù)據(jù)位都置‘1’，也就是相當(dāng)于用WRITE寫入‘FF’。而ERAL指令就是相當(dāng)于用WRAL寫入‘FF’，同樣ERAL也需要工作在4.5-5.5V電源下。

圖九

ERAL（擦除所有數(shù)據(jù)）

圖十

在這里筆者把上一篇文章的電路更改了一下，使它不但能完成本篇的實(shí)驗(yàn)外，還能配合筆者編寫的上位機(jī)程序，成為一個簡單實(shí)用的串行EEPROM讀寫器，它不單單可以支持93C系列的芯片，同時(shí)也可以支持24C、25系列等多種芯片。圖中的芯片插座IC2的1到7腳連接取AT89C2051的P1.1至P1.7，因?yàn)镻1.2-P1.7內(nèi)部是有上位的，所以可以不用在外部加上拉電阻，而P1.0/P1.1是需要外部上拉的，所以在P1.1上加R7進(jìn)行上拉。如不加這個電阻的話93C46的讀寫實(shí)驗(yàn)就無法成功了。J1使用DB9的孔式接頭，連接電腦時(shí)可以使用一根串口延長線。圖12是筆者用萬用電路板制作的實(shí)驗(yàn)電路，這個電路最大的特點(diǎn)就制作簡單、體積小巧、無需外接電源，使用到單片機(jī)使其性能穩(wěn)定，而且可以進(jìn)行程序的修改使其增加更多的芯片支持。圖十二是筆者用萬用板制作的實(shí)驗(yàn)電路。

圖十一

對93C46的串口通訊實(shí)驗(yàn)方法和上一篇文章的方法是一樣的，這里不再多做介紹了，只是93C46多了一個擦除命令的實(shí)驗(yàn)，命令代碼是02 00 00 00，發(fā)送這個代碼后擦除成功后就返回00，不成功返回01。要注意的是擦除命令只在VCC在4.5－5.5V有效。

作者編寫的上位機(jī)程序軟件界面如圖十三，使用此程序就可以用這個電路讀寫24C、93C、25系列的串行EEPROM芯片。首先要把EEPROM.hex文件燒寫到AT89C2051中，連接PC串口就可以使用EEPROM.exe軟件進(jìn)行讀寫了。

圖十三