ATMEL AT24C64操作時

ID:65608 · 發(fā)表于 2014-9-13 13:56

I2C總線
　　I2C總線（Inter Integrated Circuit內部集成電路總線）是兩線式串行總線，僅需要時鐘和數據兩根線就可以進行數據傳輸，僅需要占用微處理器的2個IO引腳，使用時十分方便。I2C總線還可以在同一總線上掛多個器件，每個器件可以有自己的器件地址，讀寫操作時需要先發(fā)送器件地址，該地址的器件得到確認后便執(zhí)行相應的操作，而在同一總線上的其它器件不做響應，稱之為器件尋址，這個原理就像我們打電話的原理相當。I2C總線產生80年代，由PHLIPS公司開發(fā)，早期多用于音頻和視頻設備，如今I2C總線的器件和設備已多不勝數。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)及通信設備中，主要用于保存設備所需要的配置數據、采集數據及程序等。生產I2C總線EEPROM的廠商很多，如ATMEL、Microchip公司，它們都是以24來開頭命名芯片型號，最常用就是24C系列。24C系列從24C01到24C512，C后面的數字代表該型號的芯片有多少K的存儲位。如ATMEL的24C64，存儲位是64K位，也就是說可以存儲8K（8192）字節(jié)，它支持1.8V到5V電源，可以擦寫1百萬次，數據可以保持100年，使用5V電源時時鐘可以達到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備中發(fā)現它們的身影，如電視中用于保存頻道信息，電腦內存條中保存內存大小等相關信息，汽車里用于保存里程信息等等。圖一就是ATMEL24C64芯片的PID封裝和用于內存條SPD(Serial Presence Detect)上的24芯片。

圖二是ATMEL公司24C64的引腳定義圖。A0-A2用于設置芯片的器件地址，在同一總線上有多個器件時，可以通過設置A0-A2引腳來確定器件地址。SDA是串行數據引腳，用于在芯片讀寫時輸入或輸出數據、地址等，這個引腳是雙向引腳，它是漏極開路的，使用時需要加上一個上拉電阻。SLC腳是器件的串行同步時鐘信號，如果器件是使用在單片機系統(tǒng)中，那么SLC腳應該由單片機控制，根據單片機的程序要求產生串行同步時鐘信號，控制總線的存取。WP腳是寫保護腳，當這個腳接入高電平時，芯片的芯片數據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資料），當把WP腳接到地線時，芯片處于正常的讀寫狀態(tài)。當一個電路要求正常使用時是不允許程序修改EEPROM中的數據，只有在維護設置才可以修改數據，這時可以在電路上設置WP跳線或用微處理器對WP進行控制，這樣只有在特定的電路狀態(tài)下才可以更改到數據。
　　要在單片機系統(tǒng)中應用I2C總線的EEPROM做存儲設備時，先要了解I2C總線的基本驅動方法。在I2C總線空閑時，SDA和SCL應為高電平，也只有在這個條件下，微處理器才可以控制總線進行傳輸數據。在數據傳輸的剛開始時，總線要求有一個START（開始位）位做為數據開始的標識，它的要求是SCL為高時，SDA有一個從高到低的電平跳變動作，完成這個動作后才可以進行數據傳輸，時序圖參看圖三'開始'。傳輸數據時，只有在SCL為高電平時，SDA上的電平為有效數據。編寫單片機向總線送數據程序時則可以在SCL還在低電平時，把數據電平送到SDA，然后拉高SCL，這時SDA不應有電平跳變，延時后拉低SCL，再進行下一位的數據傳送直到完成。在總線上讀數據時也是只有在SCL為高時，SDA為有效數據。時序參看圖三'保持'。傳送數據完成后，總線要有一個STOP（結束位）位，來通知總線本次傳輸已結束，它的要求是SCL為高時，SDA有一個從低到高的電平跳變動作，正好和START位相反。在編程時要注意的是：不要在SCL為高時改變SDA的電平狀態(tài)，否則可能會被誤認為是停止位，而使得操作失敗。

　I2C總線在每接收完一個字節(jié)（8個二進制位）后，在第九個時鐘信號時，會在SDA上回應一個低電平的ACK應答信號，以此表明當前受控的器件已接收完一個字節(jié)，可以開始下一個字節(jié)的傳送了。時序圖可以參看圖四。單片機編程時可以在傳送完一個字節(jié)后，把連接SDA的IO口線設置回讀數據狀態(tài)，如使用51系列的單片機時就要把IO口置高電平。然后在SCL操作一個脈沖，在SCL為高時讀取SDA，如不為低電平就說明器件狀態(tài)不空閑或出錯。需要注意因為SDA是雙向的IO，無論是微處理器接收還是器件接收，每個字節(jié)完成后，接收方都可以發(fā)送一個ACK回應給發(fā)送方。

I2C總線在操作受控器件時，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)送一個字節(jié)的器件地址和讀寫標識，也可稱為器件錄址。圖五是24C64的器件尋址命令中每個位所代表的意思。A2、A1、A0位是器件地址，它是對應于芯片的A2、A1、A0引腳，也就是說如果芯片A0引腳被設置成高電平時，在發(fā)送器件地址命令時字節(jié)中的A0位要設置為1，A0引腳為低電平時A0位設置為0。這樣不難看出在同一總線可以掛8個24C64。ATMEL公司的24C系列芯片24C32及以上的型號使用16位地址進行尋址。24C32之前的型號因為使用的是8位地址，所以在超過256字節(jié)的8位地址型號中會占用到A0、A1、A2位的來做頁地址，每頁有256字節(jié)，以此解決地址位不足的問題。所以不同的型號器件地址位定義就有所不同，各型號的器件地址字節(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已被頁地址占用完，也就是說這三個型號的芯片只能在同一總線上掛一個，所以在設計電路選擇器件時要注意這個問題。器件地址字節(jié)中的R/W位是用于標識當前操作是讀器件還是寫器件，寫器件時R/W位設置0，讀器件時R/W位設置1。

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

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

十六位地址的前3位忽略,所以可尋址的位數為13位,地址長度為213=8192,正好為芯片資料上說的8K*8的結構,所以AT24C64可尋址的范圍是0000-1FFFH。

頁寫入
　　24C64支持32字節(jié)的頁寫入模式，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)送第一個字節(jié)的地址，然后一次性發(fā)送32字節(jié)的寫入數據后，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部完成。圖九頁寫入的時序圖。無論那種寫入方式，指令發(fā)送完成后，芯片內部開始寫入，這時SDA會被芯片拉高，直到寫入完成后SDA才會重新變的有效，在編寫微處理器程序時可以在寫入的時候不停發(fā)送偽指令并查詢是否有ACK返回，如果有ACK返回則可以進行下一步操作。

讀當前地址

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

讀任意地址
　　"讀當前地址"可以說是讀的基本指令，讀任意地址時只是在這個基本指令之前加一個'偽操作'，這個偽操作傳送一個寫指令，但這個寫指令在地址傳送完成后就要結束，這時芯片內部的地址指針指到這個地址上，再用讀當前地址指令就可以讀出該地址的數據。圖十一是讀任意地址的時序圖.

連續(xù)讀取

　　連續(xù)讀取操作時只要在上面二種讀取方式中芯片傳送完讀取數據后，微處理器回應給芯片一個低電平的ACK應答，那么芯片地址指針自動加一并傳送數據，直到微處理器不回應并停止操作。圖十二是連續(xù)讀取的時序圖。

　　ATMEL公司的24C系列的其它型號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芯片的驅動方式也基本和以上所介紹的一樣。

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