串行EEPROM X24128與AT89C51的接口及編程

X24128是美國XICor公司生產(chǎn)的CMOS串行通信EEPROM。內(nèi)部結(jié)構(gòu)為16k字節(jié)8位陣列。X24182在2線總線上可同時(shí)并聯(lián)8片，并具有軟件和硬件寫保護(hù)功能。片內(nèi)最高地址單元（FFFFH）為一寫保護(hù)寄存器。通過寫入不同數(shù)據(jù)，可進(jìn)行軟件寫保護(hù)、塊鎖定選擇保護(hù)和編程硬件寫保護(hù)三種不同形式的寫保護(hù)。在2線總線上串行通信的最高時(shí)鐘頻率為400kHz。另外還具有輸入、輸出消噪聲和抑制功能。而且功耗低，它的讀狀態(tài)工作電流小于1mA, 寫狀態(tài)工作電流小于3mA，靜態(tài)電流小于1uA。工作電壓有1.8V-3.6V、2.5V-5.5V和4.5V-5.5V三種類型供選擇。寫方式有按字節(jié)寫和按頁寫兩種形式，每頁為32字節(jié)。

1．管腳說明

X24128有三種封裝形式：14-SOIC、16-SOIC和8-PDIP。圖1為8-PDIP封裝的外形圖。各管腳的功能說明如下：

VCC、Vss：為電源的正、負(fù)極輸入端；

SCL：串行時(shí)鐘輸入端，用于控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；

SDA：串行數(shù)據(jù)輸入與輸出的共用管腳。漏極輸出，可與其它器件的SDA腳的輸出組成線或邏輯關(guān)系。由于是漏極輸出，因此在使用時(shí)必須接上拉電阻；

WP：硬件寫保護(hù)輸入管腳。當(dāng)WP管腳接高電平且寫保護(hù)寄存器的WPEN位被寫1時(shí)，寫保護(hù)仿寄存器實(shí)施寫保護(hù)，這時(shí)塊鎖定的存儲(chǔ)陣列無法再用程序改寫。不需要寫保護(hù)時(shí)，WP管腳接低電平；?

S0、S1、S2器件選擇輸入端。在串行通信總線上可以并接多至8片X24128，它們可以分時(shí)享用總線。在輸入的地址中，當(dāng)?shù)谝蛔止?jié)（器件地址）的數(shù)據(jù)與器件的輸入管腳S0、S1、S2相符時(shí)，器件被選擇并可與CPU進(jìn)行串行通信。如與器件的輸入管腳不符，則處于等待狀態(tài)。

2．地址選擇

X24128內(nèi)部EEPROM由16k×8位組成，這16k數(shù)據(jù)單元的地址為0000H-3FFFH。寫保護(hù)寄存器的地址為FFFFH。每個(gè)地址可以分為地址高位字節(jié)BYTE1和地址低位字節(jié)BYTE0。除了數(shù)據(jù)單元地址外，還具有一個(gè)器件地址。在器件地址中，高四位必須為1010，這是X24128的識(shí)別碼。S2、S1、S0三位為所選器件的地址碼，它們必須與所選器件的輸入管腳S2、S1、S0相一致。例如所選器件的S2管腳接Vcc，S1、S0兩個(gè)輸入管腳連接Vss，則器件地址應(yīng)為1010100R/WB。位位為讀、寫選擇位，位為1時(shí)，選擇讀；位為0時(shí)，選擇寫。

3．寫保護(hù)寄存器

寫保護(hù)寄存器是一可讀寄存器，格式如下：各位的狀態(tài)可通過程序?qū)懭搿，F(xiàn)將功能說明如下：

WEL：為EEPROM陣列寫使能鎖存器，WEL=1時(shí)，寫使能鎖存器置位，可進(jìn)行寫操作；WEL=0時(shí)，寫使能鎖存器復(fù)位，拒絕一切寫操作。

RWEL：為“寫保護(hù)寄存器”寫使能鎖存器，RWEL=1時(shí)，可對(duì)“寫保護(hù)寄存器”進(jìn)行改寫；RWEL=0時(shí)，寫使能鎖存器復(fù)位，拒絕改寫。

上電時(shí)，WEL和RWEL均被復(fù)位。

BL1、BL0：EEPROM陣列塊鎖定保護(hù)位。整個(gè)EEPROM陣列有三種鎖定形式，BL1、BL0=00時(shí)，整個(gè)陣列未加塊鎖定保護(hù)；BL1、 BL0=01時(shí)，地址為3000H～FFFH的陣列進(jìn)行塊鎖定保護(hù)；BL1、BL0=10時(shí)，地址為2000～3FFF的陣列進(jìn)行塊鎖定保護(hù);BL1、 BL0=11時(shí)，地址為0000H～3FFFH的陣列進(jìn)行塊鎖定保護(hù).

WPEN：寫保護(hù)使能位，當(dāng)WPEN位被寫入1且將器件的WP管腳接至Vcc時(shí)，，硬件寫保護(hù)使能；當(dāng)WPEN位被復(fù)位或者WP管腳接至Vss時(shí)，硬件寫保護(hù)不再使能。硬件寫保護(hù)能為整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用操作中給用戶實(shí)施寫保護(hù)操作提供方便。

通過BL1、BL0位進(jìn)行塊鎖定的存儲(chǔ)器陣列不受硬件寫保護(hù)的影響，只有通過改變BL1、BL0的值才能改變塊鎖定保護(hù)陣列的區(qū)域范圍。但改變BL1、 BL0的值要受到RWEL位的制約。RWEL位的改變又受到硬件寫保護(hù)的制約。未加塊鎖定保護(hù)的陣列不受硬件寫保護(hù)的制約，因而可對(duì)其進(jìn)行寫操作。

在未加硬件寫保護(hù)的情況下，對(duì)BL1、BL0的改寫可按以下三步進(jìn)行：

1）對(duì)FFFFH地址寫入00000010，使WEL=1；

2）對(duì)FFFFH地址寫入00000110B，使RWEL=1；

3）對(duì)FFFFH地址寫入X00XX010B，使RWEL=0。進(jìn)行寄存器寫保護(hù)。如果在第（3）步中使RWEL=1，則對(duì)寄存器的改寫無效。寄存器仍保持（2）步的狀態(tài)。

4．讀寫時(shí)序

在進(jìn)行讀、寫操作之前，先設(shè)置開始狀態(tài)。方法是命令SCL總線保持高電平，并在SDA總線上設(shè)置一個(gè)由高電平向低電平的跳變。而在通信結(jié)束時(shí)，又需設(shè)置一個(gè)結(jié)束狀態(tài)，即將SCL總線保護(hù)高電平，并在SDA總線上設(shè)置一個(gè)低電平向高平跳變。設(shè)置結(jié)束狀態(tài)后，器件脫離通信狀態(tài)。

SDA總線上通信數(shù)據(jù)的改變必須在SCL總線處于低電平狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。SCL總線處于高電平時(shí)，數(shù)據(jù)處于保持狀態(tài)。

在通信過程中，接收數(shù)據(jù)的器件每次有效地接收到8位數(shù)據(jù)后，都給發(fā)送數(shù)據(jù)的器件發(fā)送一個(gè)負(fù)脈沖應(yīng)答信號(hào)。在定操作過程中，X24128每次接收到8位數(shù)據(jù)（包括接收到8位地址數(shù)據(jù)）后，在SDA總線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，該脈沖的寬度一直延續(xù)到第9個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)結(jié)束。在讀操作過程中，CPU每次接收到 X24128所發(fā)送的8位數(shù)據(jù)后，SDA總線上再發(fā)送一個(gè)負(fù)脈沖，以示讀有效，然后X24128可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果X24128未接收到應(yīng)答信號(hào)，則停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收到結(jié)束信號(hào)時(shí)，通信結(jié)束。

4．1按字節(jié)寫時(shí)序

給X24128內(nèi)部存儲(chǔ)陣列中未加鎖定保護(hù)部分的某一單元寫一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，首先設(shè)置開始狀態(tài)，再依次發(fā)送器件地址和數(shù)據(jù)地址的字節(jié)1和字節(jié) 0，X24128每次接收到一個(gè)8位地址字節(jié)后，利用第9個(gè)時(shí)鐘脈沖發(fā)出應(yīng)答信號(hào)。CPU接收到第3個(gè)應(yīng)答信號(hào)后，再發(fā)送8位數(shù)據(jù)和接收應(yīng)答信號(hào)，最后設(shè)置結(jié)束狀態(tài)。X24128接收到結(jié)束信號(hào)后，開始將接收到的數(shù)據(jù)寫入EEPROM陣列的內(nèi)部寫過程。在進(jìn)行內(nèi)部寫過程中，對(duì)外部輸入的任何信號(hào)都不作反應(yīng)，SDA管腳輸出高阻態(tài)。

4．2按頁寫時(shí)序

由CPU給X24128寫數(shù)據(jù)時(shí)，可以按頁寫，每頁包括32字節(jié)，按頁寫的方式在開始時(shí)如同按字節(jié)寫，只是每次寫完一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，X24128內(nèi)部地址指針自動(dòng)加1后才可以繼續(xù)寫數(shù)據(jù)，無需再次寫入地址。本頁的最高地址寫入后，地址指針自動(dòng)返回到本頁的最低地址，如果繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)，則將已寫過的數(shù)據(jù)覆蓋，只有發(fā)送給X24128結(jié)束信號(hào)后，X24128才終止接收數(shù)據(jù)，開始進(jìn)行內(nèi)部寫過程。

4．3讀當(dāng)前地址數(shù)據(jù)

如果要讀X24128內(nèi)部地址指針當(dāng)前所指單元的數(shù)據(jù)，只要發(fā)送給X24128開始信號(hào)、器件地址（位為1）和接收到應(yīng)答信號(hào)后，即可接收X24128所發(fā)送的當(dāng)前地址的數(shù)據(jù)。接收完畢，發(fā)送結(jié)束信號(hào)。X24128發(fā)送完數(shù)據(jù)后，地址指針自動(dòng)加1。

4．4讀取任一地址的數(shù)據(jù)

先給X24128發(fā)送所要讀取數(shù)據(jù)的地址，使其成為當(dāng)前地址指針?biāo)傅刂?。其中器件地址的位寫?，再按讀當(dāng)前地址數(shù)據(jù)的方式讀取數(shù)據(jù)。

4．5連續(xù)讀取數(shù)據(jù)

連續(xù)讀取數(shù)據(jù)如同讀取任一地址數(shù)據(jù)，將所要連續(xù)讀取數(shù)據(jù)的首位地址設(shè)置成當(dāng)前地址，在接收完第一字節(jié)的數(shù)據(jù)后，不是發(fā)送結(jié)束信號(hào)，而是發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，X24128接收到應(yīng)答信號(hào)后繼續(xù)發(fā)送第二字節(jié)數(shù)據(jù)。只要CPU每次接收完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后所發(fā)送的是應(yīng)答信號(hào)，X24128就會(huì)繼續(xù)發(fā)送下一字節(jié)的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)送完整個(gè)存儲(chǔ)陣列的最高地址的數(shù)據(jù)后，地址指針將返回到0000H單元。如果繼續(xù)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，X24128將從0000H單元開始繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。只有接收到結(jié)束信號(hào)才終止發(fā)送。

5．接口電路及編程

X24128與AT89C51的接口電路如圖2所示。在2線總線上最多可并接8片X24128。以P1.0口線作為時(shí)鐘信號(hào)輸出，P1.1口線作為數(shù)據(jù)輸入、輸出。總線接4.7kΩ的上拉電阻。下面以AT89C51寄存器R2的數(shù)據(jù)寫入X24128（1）的1000H地址中為例，假設(shè)1000H地址未加寫保護(hù)，則編程如下：?