常用串行EEPROM的編程應用（二）

Microwire總線

Microwire總線是美國國家半導體公司研發的一種簡單的串行通訊接口協議，該總線是采用三線進行數據傳輸。Microwire總線和SPI總線一樣數據輸入輸出分別使用一根引線，同樣可以提供同步數據傳輸方式，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，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、交通或工業設備中，通常是用于保存設備或個人的相關設置數據。如最常見到網卡上的93芯片就是用于保存網卡的MAC物理地址、供應商名稱以及相關配置。生產93系列芯片的公司也有很多。如ATMEL公司生產的93C46芯片是該公司生產的93系列芯片的一種，它有1K位的存儲空間，93系列有二種數據輸入輸出模式，分別為8位和16位數據模式，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，可以適應低電壓的應用，在5V的電壓下最高時鐘頻率可以達到2M，芯片可以進行一百萬次的擦寫，數據可以保存一百年。

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拉低使芯片進入復位休眠狀態，CS為低時，芯片保持復位狀態。在連續操作多個指令時，指令與指令間，CS必須要有不小于一個TCS時間的低電平保持，使芯片復位。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是串行時鐘輸入引腳。DI是串行數據輸入引腳，接收微控制器傳向芯片的數據、地址和命令數據。DO是串行數據輸出引腳。ORG引腳是內部數據結構選擇輸入引腳，該腳為高電平時數據結構為×16，低電平時數據結構為×8，DC是空腳。

圖三

圖三是93C46芯片的MicroWire總線時序圖。在編寫驅動程序前，先要分析一下這個時序圖。從圖中可以看到，在CS被拉高至少tCSS時間(CS初始時間)后，才能開始在SK上傳送時鐘信號，時鐘的正半周和負半周時間不能小于tSKH和tSKL。最后一個時鐘的正半周發送完后CS仍要保持tCSH時間(CS保持時間)后才可以拉低CS，tCSH的最小值可為0。指令輸入時數據在SK的負半周低電平時開始設置，圖中的tDIS(DI設置時間)，在SK的高電平時至少保持tDIH時間(DI保持時間)。在圖中第四條時序線圖中則可以看到在芯片讀操作時DO輸入1或0時的時序，可以看出在SK上升沿開始后tPD0或tPD1時，DO才輸出數據，在編寫驅動時就要注意讀DO時可在SK拉高好延時tPD0(tPD1)后才讀取DO的值，否則會造成誤讀。第五條時序線圖則時是指芯片編程時在CS上升沿開始tSV時間后DO輸出狀態值，tDF是指CS下降沿開始到tDF時間后才進入高阻態。因為不同的芯片型號、工作電壓和工作頻率這么參數值都會有所不同，93C46的具體參數可以參看芯片資料。

93C46有7個操作指令，微處理器就是靠發送這幾個指令來實現芯片的讀寫等功能。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，在使用時要查看相關芯片資料，得知地址位長度后再編寫驅動程序。因為93C的數據結構有兩種，所以地址位和數據位會有x8x16兩種模式，這在編程時也是要注意的。在ERASE、WRITE、ERAL、WRAL指令之前必須先發送EWEN指令，使芯片進入編程狀態，在編程結束后發EWDS指令結束編程狀態。

READ（讀數據）

所有的指令的第一位為START（起始位），芯片確認起始位的條件是：CS和DI為高電平時，SK的第一個脈沖高電平時DI仍為高電平。微控制器發送完起始位后就可以輸入7種指令所需的命令代碼、地址碼和數據來完成指令操作。READ指令在發送完地址碼AN-A0后（地址碼位數位要根據型號和所選用的數據結構來確定），DO從高阻態變為低電平，在隨后的一個SK脈沖后在DO輸出DN-DO的數據(數據位數由所選用的數據結構來確定)，微控制器在這時讀取DO取得數據，讀取完數據后拉低CS結束指令。

圖四

EWEN（擦寫使能）

芯片上電后就進入EWDS擦寫禁止狀態，這時要進行擦寫指令，微控制器必須先要發送EWEN指令，使能芯片進入允許擦寫的狀態，否則操作任何擦寫指令都是無效的。在完成擦寫操作后發送EWDS指令，使芯片進入禁止擦寫的狀態，這樣可以防止因干擾或其它原因造成的數據錯誤。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，直到使用EWDS或開斷電源，芯片才會重新進入擦寫禁止狀態。

圖五

EWDS（編程禁止）

圖六

WRITE（寫入數據）

WRITE指令在發送完數據位后，CS至少拉低tCS時間再拉高，這時DO會從高阻態變為低電平來指示芯片正在進行編程，微控制器應在這時檢測DO，當DO再次拉高時芯片編程完成芯片進行就緒狀態，這時才可以進行下一個指令。芯片編程所需的時間為tWP,這個時間最大為10MS，所以微控制器在對芯片編程時最好用一個循環檢測DO，當檢測到高電平時，說明寫入過程結束，應該退出循環體。如果循環體循環10MS后仍然沒有檢測到高電平時，說明有故障引起操作超時，這時要退出循環體，以免進入死循環。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是把數據寫入到所有地址中，時間會長點，而且要求電源在4.5-5.5V。

圖七

WRAL（全部寫入）

圖八

ERASE（擦除數據）

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送數據，它會把指定地址的所有數據位都置‘1’，也就是相當于用WRITE寫入‘FF’。而ERAL指令就是相當于用WRAL寫入‘FF’，同樣ERAL也需要工作在4.5-5.5V電源下。

圖九

ERAL（擦除所有數據）

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驗外，還能配合筆者編寫的上位機程序，成為一個簡單實用的串行EEPROM讀寫器，它不單單可以支持93C系列的芯片，同時也可以支持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，因為P1.2-P1.7內部是有上位的，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進行上拉。如不加這個電阻的話93C46的讀寫實驗就無法成功了。J1使用DB9的孔式接頭，連接電腦時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驗電路，這個電路最大的特點就制作簡單、體積小巧、無需外接電源，使用到單片機使其性能穩定，而且可以進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驗電路。