EEPROM是“ElectricallyErasable Programmable Read-only”（電可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器）的縮寫，EEPROM在正常情況下和EPROM一樣，可以在掉電的情況下保存數(shù)據(jù)，所不同的是它可以在特定引腳上施加特定電壓或使用特定的總線擦寫命令就可以在在線的情況下方便完成數(shù)據(jù)的擦除和寫入，這使EEPROM被用于廣闊的的消費(fèi)者范圍，如：汽車、電信、醫(yī)療、工業(yè)和個(gè)人計(jì)算機(jī)相關(guān)的市場(chǎng)，主要用于存儲(chǔ)個(gè)人數(shù)據(jù)和配置/調(diào)整數(shù)據(jù)。EEPROM又分并行EEPROM和串行EEPROM，并行EEPROM器件雖然有很快的讀寫的速度，但要使用很多的電路引腳。串行EEPROM器件功能上和并行EEPROM基本相同，提供更少的引腳數(shù)、更小的封裝、更低的電壓和更低的功耗，是現(xiàn)在使用的非易失性存儲(chǔ)器中靈活性最高的類型。串行EEPROM按總線分，常用的有I2C,SPI,Microwire總線。本文將介紹這三種總線連接單片機(jī)的編程方法。（此文章寫作時(shí)間比較久遠(yuǎn)，現(xiàn)在的單片機(jī)大多集成了EEPROM或更先進(jìn)的存儲(chǔ)空間）

I2C總線

I2C總線（Inter Integrated Circuit內(nèi)部集成電路總線）是兩線式串行總線，僅需要時(shí)鐘和數(shù)據(jù)兩根線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，僅需要占用微處理器的2個(gè)IO引腳，使用時(shí)十分方便。I2C總線還可以在同一總線上掛多個(gè)器件，每個(gè)器件可以有自己的器件地址，讀寫操作時(shí)需要先發(fā)送器件地址，該地址的器件得到確認(rèn)后便執(zhí)行相應(yīng)的操作，而在同一總線上的其它器件不做響應(yīng)，稱之為器件尋址，這個(gè)原理就像我們打電話的原理相當(dāng)。I2C總線產(chǎn)生80年代，由PHLIPS公司開發(fā)，早期多用于音頻和視頻設(shè)備，如今I2C總線的器件和設(shè)備已多不勝數(shù)。最常見的采用I2C總線的EEPROM也已被廣泛使用于各種家電、工業(yè)及通信設(shè)備中，主要用于保存設(shè)備所需要的配置數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)及程序等。生產(chǎn)I2C總線EEPROM的廠商很多，如ATMEL、Microchip公司，它們都是以24來(lái)開頭命名芯片型號(hào)，最常用就是24C系列。24C系列從24C01到24C512，C后面的數(shù)字代表該型號(hào)的芯片有多少K的存儲(chǔ)位。如ATMEL的24C64，存儲(chǔ)位是64K位，也就是說可以存儲(chǔ)8K（8192）字節(jié)，它支持1.8V到5V電源，可以擦寫1百萬(wàn)次，數(shù)據(jù)可以保持100年，使用5V電源時(shí)時(shí)鐘可以達(dá)到400KHz，并且有多種封裝可供選擇。我們可以很容易的在身邊的電器設(shè)備中發(fā)現(xiàn)它們的身影，如電視中用于保存頻道信息，電腦內(nèi)存條中保存內(nèi)存大小等相關(guān)信息，汽車?yán)镉糜诒４胬锍绦畔⒌鹊取?/p>

圖二

圖二是ATMEL公司24C64的引腳定義圖。A0-A2用于設(shè)置芯片的器件地址，在同一總線上有多個(gè)器件時(shí)，可以通過設(shè)置A0-A2引腳來(lái)確定器件地址。SDA是串行數(shù)據(jù)引腳，用于在芯片讀寫時(shí)輸入或輸出數(shù)據(jù)、地址等，這個(gè)引腳是雙向引腳，它是漏極開路的，使用時(shí)需要加上一個(gè)上拉電阻。SLC腳是器件的串行同步時(shí)鐘信號(hào)，如果器件是使用在單片機(jī)系統(tǒng)中，那么SLC腳應(yīng)該由單片機(jī)控制，根據(jù)單片機(jī)的程序要求產(chǎn)生串行同步時(shí)鐘信號(hào)，控制總線的存取。WP腳是寫保護(hù)腳，當(dāng)這個(gè)腳接入高電平時(shí)，芯片的芯片數(shù)據(jù)均處于禁止寫入狀態(tài)（所禁止的地址段要看各芯片的詳細(xì)資料），當(dāng)把WP腳接到地線時(shí)，芯片處于正常的讀寫狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)電路要求正常使用時(shí)是不允許程序修改EEPROM中的數(shù)據(jù)，只有在維護(hù)設(shè)置才可以修改數(shù)據(jù)，這時(shí)可以在電路上設(shè)置WP跳線或用微處理器對(duì)WP進(jìn)行控制，這樣只有在特定的電路狀態(tài)下才可以更改到數(shù)據(jù)。

要在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用I2C總線的EEPROM做存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，先要了解I2C總線的基本驅(qū)動(dòng)方法。在I2C總線空閑時(shí)，SDA和SCL應(yīng)為高電平，也只有在這個(gè)條件下，微處理器才可以控制總線進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭傞_始時(shí)，總線要求有一個(gè)START（開始位）位作為數(shù)據(jù)開始的標(biāo)識(shí)，它的要求是SCL為高時(shí)，SDA有一個(gè)從高到低的電平跳變動(dòng)作，完成這個(gè)動(dòng)作后才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，時(shí)序圖參看圖三‘開始’。傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只有在SCL為高電平時(shí)，SDA上的電平為有效數(shù)據(jù)。編寫單片機(jī)向總線送數(shù)據(jù)程序時(shí)則可以在SCL還在低電平時(shí)，把數(shù)據(jù)電平送到SDA，然后拉高SCL，這時(shí)SDA不應(yīng)有電平跳變，延時(shí)后拉低SCL，再進(jìn)行下一位的數(shù)據(jù)傳送直到完成。在總線上讀數(shù)據(jù)時(shí)也是只有在SCL為高時(shí)，SDA為有效數(shù)據(jù)。時(shí)序參看圖三‘保持’。傳送數(shù)據(jù)完成后，總線要有一個(gè)STOP（結(jié)束位）位，來(lái)通知總線本次傳輸已結(jié)束，它的要求是SCL為高時(shí)，SDA有一個(gè)從低到高的電平跳變動(dòng)作，正好和START位相反。在編程時(shí)要注意的是：不要在SCL為高時(shí)改變SDA的電平狀態(tài)，否則可能會(huì)被誤認(rèn)為是停止位，而使得操作失敗。

圖三

I2C總線在每接收完一個(gè)字節(jié)（8個(gè)二進(jìn)制位）后，在第九個(gè)時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，會(huì)在SDA上回應(yīng)一個(gè)低電平的ACK應(yīng)答信號(hào)，以此表明當(dāng)前受控的器件已接收完一個(gè)字節(jié)，可以開始下一個(gè)字節(jié)的傳送了。時(shí)序圖可以參看圖四。單片機(jī)編程時(shí)可以在傳送完一個(gè)字節(jié)后，把連接SDA的IO口線設(shè)置回讀數(shù)據(jù)狀態(tài)，如使用51系列的單片機(jī)時(shí)就要把IO口置高電平。然后在SCL操作一個(gè)脈沖，在SCL為高時(shí)讀取SDA，如不為低電平就說明器件狀態(tài)不空閑或出錯(cuò)。需要注意因?yàn)镾DA是雙向的IO，無(wú)論是微處理器接收還是器件接收，每個(gè)字節(jié)完成后，接收方都可以發(fā)送一個(gè)ACK回應(yīng)給發(fā)送方。

圖四

I2C總線在操作受控器件時(shí)，需要先發(fā)送受控器件的器件地址，24系列的EEPROM也不例外，在每次命令前需要先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的器件地址和讀寫標(biāo)識(shí)，也可稱為器件錄址。圖五是24C64的器件尋址命令中每個(gè)位所代表的意思。A2、A1、A0位是器件地址，它是對(duì)應(yīng)于芯片的A2、A1、A0引腳，也就是說如果芯片A0引腳被設(shè)置成高電平時(shí)，在發(fā)送器件地址命令時(shí)字節(jié)中的A0位要設(shè)置為1，A0引腳為低電平時(shí)A0位設(shè)置為0。這樣不難看出在同一總線可以掛8個(gè)24C64。ATMEL公司的24C系列芯片24C32及以上的型號(hào)使用16位地址進(jìn)行尋址。24C32之前的型號(hào)因?yàn)槭褂玫氖?位地址，所以在超過256字節(jié)的8位地址型號(hào)中會(huì)占用到A0、A1、A2位的來(lái)做頁(yè)地址，每頁(yè)有256字節(jié)，以此解決地址位不足的問題。所以不同的型號(hào)器件地址位定義就有所不同，各型號(hào)的器件地址字節(jié)定義如圖五至圖七。要注意的是24C01是沒有器件地址的，還有24C16/16A的A0－A2已被頁(yè)地址占用完，也就是說這三個(gè)型號(hào)的芯片只能在同一總線上掛一個(gè)，所以在設(shè)計(jì)電路選擇器件時(shí)要注意這個(gè)問題。器件地址字節(jié)中的R/W位是用于標(biāo)識(shí)當(dāng)前操作是讀器件還是寫器件，寫器件時(shí)R/W位設(shè)置0，讀器件時(shí)R/W位設(shè)置1。

圖五

圖六

圖七

24C系列芯片的讀寫指令格式只有幾種，下面以24C64芯片的指令格式來(lái)說明。

寫入單個(gè)字節(jié)

寫入字節(jié)指令每次只能向芯片中的一個(gè)地址寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。首先發(fā)送開始位來(lái)通知芯片開始進(jìn)行指令傳輸，然后傳送設(shè)置好的器件地址字節(jié)，R/W位應(yīng)置0，接著是分開傳送十六位地址的高低字節(jié)，再傳送要寫入的數(shù)據(jù)，最后發(fā)送停止位表示本次指令結(jié)束。圖八是寫入單個(gè)字節(jié)的時(shí)序圖。

圖八

頁(yè)寫入

24C64支持32字節(jié)的頁(yè)寫入模式，它的操作基本和字節(jié)寫入模式一樣，不同的是它需要發(fā)送第一個(gè)字節(jié)的地址，然后一次性發(fā)送32字節(jié)的寫入數(shù)據(jù)后，再發(fā)送停止位。寫入過程中其余的地址增量自己由芯片內(nèi)部完成。圖九頁(yè)寫入的時(shí)序圖。無(wú)論那種寫入方式，指令發(fā)送完成后，芯片內(nèi)部開始寫入，這時(shí)SDA會(huì)被芯片拉高，直到寫入完成后SDA才會(huì)重新變的有效，在編寫微處理器程序時(shí)可以在寫入的時(shí)候不停發(fā)送偽指令并查詢是否有ACK返回，如果有ACK返回則可以進(jìn)行下一步操作。

圖九

讀當(dāng)前地址

這種讀取模式是讀取當(dāng)前芯片內(nèi)部的地址指針指向的數(shù)據(jù)。每次讀寫操作后，芯片會(huì)把最后一次操作過的地址作為當(dāng)前的地址。在這里要注意的是在微處理器接收完芯片傳送的數(shù)據(jù)后不必發(fā)送給低電平的ACK給芯片，直接拉高SDA等待一個(gè)時(shí)鐘后發(fā)送停止位。圖十是讀當(dāng)前地址時(shí)序圖。

圖十

讀任意地址

“讀當(dāng)前地址”可以說是讀的基本指令，讀任意地址時(shí)只是在這個(gè)基本指令之前加一個(gè)‘偽操作’，這個(gè)偽操作傳送一個(gè)寫指令，但這個(gè)寫指令在地址傳送完成后就要結(jié)束，這時(shí)芯片內(nèi)部的地址指針指到這個(gè)地址上，再用讀當(dāng)前地址指令就可以讀出該地址的數(shù)據(jù)。圖十一是讀任意地址的時(shí)序圖。

圖十一

連續(xù)讀取

連續(xù)讀取操作時(shí)只要在上面二種讀取方式中芯片傳送完讀取數(shù)據(jù)后，微處理器回應(yīng)給芯片一個(gè)低電平的ACK應(yīng)答，那么芯片地址指針自動(dòng)加一并傳送數(shù)據(jù)，直到微處理器不回應(yīng)并停止操作。圖十二是連續(xù)讀取的時(shí)序圖。

圖十二

ATMEL公司的24C系列的其它型號(hào)的讀寫操作方式基本和上面介紹的相同，只是在8位尋址的芯片中地址位只用一個(gè)字節(jié)，還有就是在24C01中沒有器件地址，地址位只占用高7位，最低位為R/W位.。其它公司的24系列的EEPROM芯片的驅(qū)動(dòng)方式也基本和以上所介紹的一樣。

圖十三是筆者設(shè)計(jì)的制作簡(jiǎn)單的24C讀寫器。可以用它來(lái)做24C芯片的驅(qū)動(dòng)程序編寫實(shí)驗(yàn)，也可以配合上位機(jī)程序做24C的讀寫器使用。上位機(jī)程序及相關(guān)內(nèi)容向筆者發(fā)送電郵索要pnzwzw@163.com。電路是由一片AT89C2051芯片做為主控芯片，作用是用于連接電腦的RS232和驅(qū)動(dòng)24C芯片，晶振使用11.0592M。RS232電平轉(zhuǎn)換是使用二個(gè)PNP三極管組成。電源部分則直接在RS232上的4、7引腳取電，取電時(shí)需要在用軟件控制這兩腳為+9V至+12V之間，再通過D5穩(wěn)壓得到5.1V，無(wú)需外加電源。24C64的SCL和SDA連接到P1.2/P1.3腳，因這兩個(gè)IO腳內(nèi)部有上拉，所以無(wú)需外接上拉電阻。

圖十三

本文附帶一份用C語(yǔ)言編寫的實(shí)驗(yàn)源程序和編譯好的HEX文件，把HEX燒入到AT89C2051就可以開始實(shí)驗(yàn)了。需要實(shí)驗(yàn)程序的可以點(diǎn)文章下方的原文閱讀后跳轉(zhuǎn)到下載頁(yè)。實(shí)驗(yàn)程序是可以讀寫24C32/64/128/256/512的任意地址,程序使用模塊化函數(shù)設(shè)計(jì)，讀者朋友可以方便的加入到自己的程序中。實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用串口調(diào)試軟件。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的通訊協(xié)議，使用57600比特率，通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)包是這樣定義的：每個(gè)包有4個(gè)字節(jié)，命令字、地址高位、地址低位、數(shù)據(jù)。讀取時(shí)命令字為00H，數(shù)據(jù)字節(jié)不可以用，返回讀出的數(shù)據(jù)。寫入時(shí)命令字為01H，返回00H為成功，返回01H為失敗。要在24C64的2F3H地址上寫入數(shù)據(jù)05H，則要發(fā)送01 02 F305。

連接好實(shí)驗(yàn)電路板，按圖十四設(shè)置好串口，打開串口后可以看到板上的LED在閃爍。輸入01 02 F3 05，發(fā)送后便可以把05寫入到24C64的02F3H地址中，返回00為寫入成功。

也可以用讀命令看看是否05已寫入，輸入00 02 F3 00 發(fā)送后返回05，說明實(shí)驗(yàn)成功。

圖十四

圖十五