劉靜，王計(jì)元

（上海電力學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，上海 200090）

電可擦除可編程只讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM），其內(nèi)容可由軟件進(jìn)行隨機(jī)讀寫以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新，并可在芯片斷電的情況下長期保存片內(nèi)信息，兼?zhèn)淞薘AM和ROM的基本特點(diǎn).

串行EEPROM使用內(nèi)部集成電路（Inter Integrated Circuit，I2C）總線技術(shù)，只需占用微處理器的2個(gè)I/O引腳，且使用方便.目前，較為常用的串行EEPROM是24C系列，主要由ATMEL，MICROCHIP，XICOR，N-TIONAL等幾家公司提供.24C系列串行EEPROM具有體積小、功耗低、型號多，以及工作電壓允許范圍寬、容量擴(kuò)展配置極其靈活方便、讀寫操作相對簡單等特點(diǎn)，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.

本文介紹了串行EEPROM（24C64）與單片機(jī)AT89S51的接口技術(shù)，并以24C系列串行EEPROM在語音錄播系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，詳細(xì)說明了單片機(jī)對EEPROM的讀寫操作.

1 24C系列串行EEPROM與單片機(jī)的硬件接口

1.1 引腳說明

本文以24C64芯片為例來說明串行EEPROM與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)，該芯片的8腳PDIP封裝的引腳封裝如圖1所示.

圖1 24C64引腳封裝示意

引腳功能分別為：1～3腳（A0，A1，A2）為器件地址輸入端，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引腳來確定器件地址;4腳GND為接地端;5腳SDA為串行數(shù)據(jù)/地址輸入輸出端，用于在芯片讀寫時(shí)輸入或輸出數(shù)據(jù)、地址等，在SCL引腳輸入時(shí)鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入EEPROM器件，并在時(shí)鐘的下降沿將數(shù)據(jù)讀出，該引腳是漏極開路的雙向引腳，使用時(shí)需加一個(gè)上拉電阻;6腳SCL為時(shí)鐘輸入端，如果是在單片機(jī)系統(tǒng)中使用，則由單片機(jī)控制，并根據(jù)單片機(jī)的程序要求產(chǎn)生串行同步時(shí)鐘信號，以控制總線的存取;7腳WP是寫保護(hù)腳，當(dāng)其連接到VCC時(shí)，芯片均處于禁止寫入狀態(tài)，當(dāng)其連接到VSS或懸空時(shí)，芯片處于正常的讀寫狀態(tài);8腳VCC為正電源［1］.

1.2 硬件接口

在基于ISD語音芯片的隨機(jī)語音錄播系統(tǒng)中，可以利用一片串行EEPROM來存儲每一段錄音的起始地址和錄音長度.24C64與AT89S51單片機(jī)的硬件接口電路如圖2所示.將單片機(jī)的P3.0腳與24C64的SCL腳相連，通過單片機(jī)控制產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號.將單片機(jī)的P3.1腳與24C64的SDA腳相連［2］.

圖2 24C64與單片機(jī)的硬件接口電路

圖2中只接有一片24C64芯片用來保存數(shù)據(jù)，因此將地址端A0，A1，A2接地.而且該電路未進(jìn)行寫保護(hù)，所以將WP端接地.接在I2C總線上的器件分為主控器件和從器件兩種.主控器件用于啟動數(shù)據(jù)發(fā)送，產(chǎn)生SCL及結(jié)束數(shù)據(jù)傳送.從器件是被主控器件尋址的器件.

圖2中AT89S51單片機(jī)為主控器件，24C64為從器件.編寫程序時(shí)，可定義單片機(jī)的P3.0腳為串行時(shí)鐘線（SCL BIT P3.0），P3.1腳為數(shù)據(jù)線（SDA BIT P3.1）.單片機(jī)最多可以連接8個(gè)64 k器件到同一總線上并列使用，器件地址由引腳A2，A1，A0設(shè)置.24C64芯片的器件地址為8位，其中高4位固定為1010，接下來的3位A2，A1，A0為器件的地址位，最低位R/W作為讀寫控制位，“1”表示對從器件進(jìn)行讀操作，“0”表示對從器件進(jìn)行寫操作［3］.圖2中A2A1A0為000，因此寫操作為0A0H，讀操作為0A1H.

2 串行EEPROM的讀寫操作

2.1 基本子程序

根據(jù)24C64芯片的時(shí)序操作和I2C總線協(xié)議對24C64與單片機(jī)的接口進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對串行EEPROM的讀寫操作［4］.

24 C64 的起始/停止時(shí)序如圖3所示.

圖3 24C64的起始/停止時(shí)序

將時(shí)鐘線為高電平時(shí)數(shù)據(jù)線的任何電平變化看作總線的起始或停止信號.將電平從高到低的跳變作為I2C總線的起始信號，將電平從低到高的跳變作為I2C總線的停止信號，據(jù)此可以編寫出讀寫I2C總線的啟動和停止工作子程序［1］.啟動工作子程序如下：

24 C64 的寫時(shí)序如圖4所示.傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，若時(shí)鐘信號SCL為高電平，則SDA上的電平為有效數(shù)據(jù);若時(shí)鐘信號SCL為低電平，則允許改變SDA線上的數(shù)據(jù).

圖4 24C64的寫時(shí)序

編寫單片機(jī)向總線傳送數(shù)據(jù)的程序時(shí)，可以在SCL為低電平時(shí)，將數(shù)據(jù)電平送到SDA，從而使SCL為高電平，此時(shí)SDA不應(yīng)有電平跳變，延時(shí)后使SCL為低電平，然后再進(jìn)行下一位數(shù)據(jù)傳送直到完成.I2C總線協(xié)議規(guī)定，所有發(fā)送到SDA線上的數(shù)據(jù)信息必須為8位，首先傳輸數(shù)據(jù)的最高位.I2C總線每接收完一個(gè)字節(jié)，到第9個(gè)時(shí)鐘信號后，會在SDA上回答一個(gè)低電平的應(yīng)答信號，以此表示當(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.根據(jù)寫時(shí)序圖和以上分析可以編寫出寫數(shù)據(jù)到I2C總線的寫8bit子程序.

以上是根據(jù)24C64芯片的操作時(shí)序和I2C總線協(xié)議編寫的使用24C64芯片的基本操作，對24C64的讀/寫操作均要用到以上這幾個(gè)子程序.

2.2 讀寫操作程序

以隨機(jī)讀與寫單個(gè)字節(jié)為例，給出AT89S51單片機(jī)對24C64的讀寫操作程序.隨機(jī)讀時(shí)序圖如圖5所示.

圖5 隨機(jī)讀時(shí)序

主器件首先通過發(fā)送起始信號，從器件地址和欲讀取字節(jié)數(shù)據(jù)的地址執(zhí)行一個(gè)偽寫操作.在24C64應(yīng)答后，主器件重新發(fā)送起始信號和從器件地址（R/W位置1），在24C64響應(yīng)并發(fā)送應(yīng)答信號后，輸出所要求的一個(gè)8位字節(jié)數(shù)據(jù)，此時(shí)主器件不發(fā)送應(yīng)答信號，但生成一個(gè)停止信號.

下面通過編寫單片機(jī)從EEPROM的0006H地址把55H數(shù)據(jù)讀出來的程序，來說明如何實(shí)現(xiàn)隨機(jī)讀子程序.單片機(jī)從24C64芯片中讀出8位字節(jié)數(shù)據(jù)后，要求產(chǎn)生一個(gè)停止信號.首先編寫產(chǎn)生停止信號的子程序.

24 C64 芯片的字節(jié)寫時(shí)序如圖6所示.在字節(jié)寫模式下主器件首先發(fā)送起始信號和從器件地址信息（R/W位置0）給從器件，從器件收到后發(fā)送應(yīng)答信號.然后主器件發(fā)送24C64存儲單元的地址（兩個(gè)8位地址字）到從器件，從器件收到后發(fā)送應(yīng)答信號.最后主器件發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元，24C64再次應(yīng)答并在主器件產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫.在內(nèi)部擦寫過程中，24C64不再應(yīng)答主器件的任何請求.

圖6 字節(jié)寫時(shí)序

下面通過編寫將55H數(shù)據(jù)存放到EEPROM的0006H地址中的程序，來說明如何實(shí)現(xiàn)單字節(jié)寫子程序.

3 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹了24CXX系列串行EEPROM的讀寫操作，并給出了AT89S51單片機(jī)對單字節(jié)數(shù)據(jù)讀寫操作的詳細(xì)程序，論證了串行EEPROM可以作為數(shù)據(jù)存儲器用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲過程.文中所給出的源代碼，都已經(jīng)在隨機(jī)語音錄播系統(tǒng)中通過調(diào)試.

［1］程可嘉，王振松，劉曉云.ISD2560在門禁系統(tǒng)語音播報(bào)中的應(yīng)用［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009（5）：75-77.

［2］李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.第3版.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2005：200-220.

［3］MARIAN Mitescu，IOAN Susnea.Microcontrollers in practice［M］.Berlin：Springer Berlin Heidelberg，2005：19-113.

［4］高強(qiáng)，赫榮杰，李樹良.串行E2PROM的讀寫應(yīng)用［J］.微處理機(jī)，2004，4（8）：16-17.

（編輯白林雪）