串行E~2PROM-AT24CXX的原理及应用.doc

- 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 SE2PROM 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A0A2SDASCLWPNC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 0A 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24C0224C0424C0824C16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