串行E~2PROM-AT24CXX的原理及应用.doc

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- 42 - ●新特器件应用《国外电子元器件》1997 年第 8 期 1997 年 8 月串行 E2P RO M A T24CXX 的原理及应用孔令成王华摘要 : 本文分析了美国爱特梅尔 (A TM EL ) 公司生产的最新二线式串行 CMO S E2PROM 芯片 A T24C01/ 02/ 04/ 08/ 16 的内部结构、性能特点、读写时序 ,并说明了使用方法。关键词 : E2PROM 串行读写地址数据如图 1 所示 ,各管脚功能如表 1 所示 ,内部结 1 、引言串行 E2PROM 芯片 A T24C01/ 02/ 04/ 08/ 16 是美国爱特梅尔 (A TM EL ) 公司最新生产的二线式串行 IC 卡芯片 , 小巧 , 可靠性高 ,具有保护性能 ,速度快 ,安全稳定 ,因此在设计 IC 卡等领域中得到了广泛的应用。 2 、A T24CXX 性能特点 A T24CXX 系列芯片主要有 A T24C01 , A T24C02 , A T24C04 , A T24C08 , A T24C16 等型号 ,其区别主要是容量不同 ,分别为 1k , 2k , 4k , 8k 和 16k 比特。其内部组合分别为 128 ×8 位、256 ×8 位、512 ×8 位、1024 ×8 位和 2048 ×8 位 ,并允许部分页面写入功能。并有多种工作电压可供不同用户选择。它采用低功耗、高速度和高密度 CMO S 工艺 , 可擦写 10 万次以上 , 数据保存 100 年有效 , 为双线串行接口。存储在芯片中的数据 , 可通过软件的方法利用各种加密算法进行处理 , 从而确保其安全性。芯片引脚和外形封装形式表 1 　管脚功能表管　　脚功　　能构框图如图 2 所示。 A T24CXX 中 8 脚封装有双列直插塑封和表面封装两种形式 , 14 引脚只有表面封装一种形式。芯片各管脚的功能为 : SCL : 在 SCL 的上升沿 , 数据输入到 E2PROM 。在 SCL 的下降沿 , 数据输出到 E2PROM 。图 1 A T24CXX 引脚图 A0A2 SDA SCL WP NC 地址输入端串行数据端串行时钟输入端写保护端空脚图 2 A T24CXX 内部结构框图 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 串行 E2PROM A T24CXX 的原理及应用 - 43 - SDA :双向的串行数据输入输出、开路驱动端口。所有的 E2PROM 的 SDA 端可以并接在一起。 A 0～A 2 : 地址输入端。当为 A T24C01/ 02 时用 A 2 ,A 1 ,A 0 地址输入端 ,每 8 个同样的芯片可以连到一个总线系统中。当为 A T24C04 时 ,用 A 2 ,A 1 输入端 ,每 4 个同样的芯片可以连到一个总线系统中。当为 A T24C08 时 , 用 A 2 输入端即可 , 每 2 个同样的芯片连到一个总线系统中。当为 A T24C16 时 ,地址端全不连。 W P :用于数据保护 ,操作功能如表 2 所示。 3 、A T24CXX 的工作原理两个总线 SCL 和 SDA 一般由一个电阻上拉为高电平。SDA 上数据只有在 SCL 低电平周期内才能改变 , 见图 3 所示。通过 SCL 高电平期间数据的改变表示“开始”或“停止” 两种状态 : 当 SCL 为高电平时 , SDA 由高电平转向低电平时表示“开始”状态 , 由低电平转向高电平表示“停止”状态 ,如图 4 所示。其中“开始”状态必须在其他操作之前执行 , 而 “ 停止 ” 状态则终止所有操作。同时 A T24CXX 与设备的信息交换还需要另外一图 3 数据有效时序图图 4 开始 ,停止的定义个状态 ,那就是“确认 (AC K) ”,总线上的任何接收数据设备必须将 SDA 总线置于低电平以确定它成功地收到了每个字节 , 该确认状态是在每个字节之后 , 第九个时钟周期时发生的。同时A T24CXX 也通过在收到每个地址或数据码之后置 SDA 低电平的方式确认 , 如图 5 所示。一般情况下 ,为了正确无误地访问A T24CXX , 外部数据传送必须在发出“开始”状态之后 , 随即给出一个 8 位地址码 , 称作器件寻址码 ,该码高四位为 1010 , 接下来 3 位依次是 A2 ,A1 ,A0 。它们与各自芯片的输入地址引脚相连接相对应 , 未作硬件连接的引脚所对应位用于页面寻址。最后 1 位是读写操作选择位 , 该位为 0 (低电平) 时激发写操作 ,为 1 (高电平) 时激发读操作。 4 、使用方法 A T24CXX 的使用方法与一般的串行 E2PROM 类似 , 硬件上只要控制 CPU 读写口地址就行。电路的连接较为简单 , 不再叙述 ,下面详细描述进行读写时的关键技术。 4. 1 写操作 A T24CXX 具有字节写操作和页面写操作两种方式 ,图 6 为字节写操作时序。由图可图 5 输出确认图 6 写字节操作管脚 WP 状态 24C01 表 2 　管脚 WP 操作功能表可保护的部分 24C02 24C04 24C08 24C16 连到 VCC 连到 GND 全部(1k) 全部 (2k) 全部 (4k) 正常读写操作上半部(8k) 正常读写操作 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. - 44 - 《国外电子元器件》1997 年第 8 期 1997 年 8 月看出 , 该方式在器件寻址确认之后是一个字节数据寻址码。在收到字节数据寻址码后通过 SDA 发出确认信号 ,并随时钟输入 8 位数据码。同样收到数据之后 , 再次发出确认信号。数据传送必须用停止状态来终止写操作 , 这时便进入一个内计时固定存储器写入周期。在该写周期内 ,所有写入都被禁止 ,直到写操作完成。页面写操作方式总的来说和上述字节写操作方式类似 , 只是在输入 8 位数据码时 , 不是单字节数据 , 而是多字节数据 ,即一页数据。 4. 2 读操作 A T24CXX 的读操作主要有 : 立即地址读取 ( Current Address Read) 、随机地址读取 ( Rando m Read) 、顺序地址读取 ( Sequential Read) 三种。立即地址读取方式由一个空字节序列来加载数据地址 , 当器件寻址码和数据寻址码随时钟输入。并被确认时 , 传送设备必须产生另一开始状态。通过发出一个读/ 写 ( R/ W) 选择位是高电平的器件寻址码去激发一次寻址操作 , 来确认器件读取 , 同时随时钟串行输出数据。数据的读取不通过确认状态应答 , 而是通过一个停止状态来应答。其它两种方式基本类似 , 只是不需要产生另一个开始状态 , 而顺序地址读取时 ,读出的是连续数据。 4. 3 编程 A T24CXX 系列 E2PROM 的编程较为简单 ,因各种微处理器的指令系统不尽相同 , 这时就不列出具体的清单和框图。只要读者按照几种读、写操作方式中的时序要求进行编程即可 , 同时这些操作协议与 P H IL IPS 公司的总线是相同的 ,两者可以兼容。在作者最新设计的楼宇安全监控系统中 , 用 A T24CXX 系列 E2PROM 作为安全门钥匙。另外在设计 IC 卡的应用中 ,确实感觉到它非常适用于有微处理器/ 单片机的系统 , 特别是象 P H IL IPS 公司生产的 80C552 芯片 ,具有专门与之相配的 I2C 总线接口 , 只用很少的硬件、软件开销 ,就可使系统的设计变方便、灵活 , 同时使系统的各种功能以及安全可靠性、稳定性等得到很大的提高。在 E2PROM 系列产品中 , 除了本文介绍的外 , 还有 A TM EL 公司生产的 A T93CXX 系列 3 线式和 P H IL IPS 公司生产 PCF85XX 系列的 E2PROM 等产品 , 它们的性能、特点基本都大同小异 , 读者可以根据自己的需要 ,分别加以选用。参考资料 : 1 、爱特梅尔公司《A T24CXX DA TA SH E E T》1996 年 2 、张培仁《单片微机应用与实践》1993 年 9 月中国科学技术大学出版社咨询编号 : 970810 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

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