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1、 - 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 T24C
2、01/ 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
3、 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
4、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
5、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
6、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
7、 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 ,
8、 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
9、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-
10、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
11、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
12、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
13、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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