三线制Microware同步串行EEPROM在MCS-51单片机上的运用
1 三线制Microware串行总线
三线制Microware同步串行总线接口是 NationalSemicondutor公司在其生产的COP系列和HPC系列微控制器上采用的一种串行总线,它使用的三根信号线分别为数据输入线 SI、数据输出线SO和时钟信号线SK。由于三线制Microware总线只需3~4根数据线和控制线即可扩展具有三线制Microware总线的各种 I/O器件,而并行总线扩展方法却需要8根数据线、8~16根地址线和2~3位的控制线,因此,使用三线制Microware串行总线可以简化电路设计,提高设计的可靠性。
2 三线制Microware总线的EEPROM
EEPROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器,它既有 RAM在联机操作中可读可改写的特性,又具有非易失性存储器ROM在掉电后仍然能保持所存储的数据的优点。93C06/46/56/66是采用CMOS工艺制成的分别为64/128/256/512×8位或16/64/128/256×16位8引脚的可支持三线制Microware串行总线的 EEPROM,其自定时写周期的自动擦除时间不超过10ms,Microchip公司的串行EEPROM的擦除和写入一个字节的时间可缩短到2ms以下,擦除/写入周期寿命一般都可达到10万次以上,有的产品(如NS公司和Microchip公司的产品)已可达到100万次,片内写入的数据保存寿命可达 40年以上。这些三线制Microware总线的EEPROM一般采用单一+5V电源供电,低功耗时工作电流仅400μA,备用时为25μA,同时具有三态输出,并可与TTL电平兼容。
NM93C06/46/56/66是National Semiconductor公司的产品,与其兼容的有Microchip公司的93C06/46/56/66(4.5V~5.5V)、 93LC46/56/66(2.0V~6.0V)、93AA06/46/56/66和Atmel公司的AT93C46/56/66等产品,其中 AT93C66的引脚排列如图1所示。各引脚说明如下:
CS:片选信号;
SK:串行时钟输入信号,同时也是微处理器与EEPROM之间通信的同步信号,数据在它的上升沿锁定有效;
DI:数据输入;
DO:数据输出;
ORG:Microchip公司产品特有引脚。该引脚接Vcc时,器件的内部存储组织结构以16位为一个单元;接GND时,器件的内部存储组织结构以8位为一个单元。
该芯片有7种指令,其中5种指令集的安排如 表1所列,此外,还有整片写指令(WRAL-Write All)和整片擦除指令(ERAL-Erase All)。应当说明的是:在操作码为00时,为了区分不同指令,通常借用地址的前两位来识别。
不同型号的EEPROM有不同的存储空间,93C66有512字节的存储空间,其地址为 A8~A0,在编程时,A8可以作为操作指令字节的最后一位,如果需要读93C56中某个存储单元(8位)中的数据,其读指令为0000110A8,地址码为××××××××,此时,如果A8为0,则地址为00H…FFH,如果A8为1,则地址为100H…1FFH,而93C06/46/56的存储空间不超过256个字节,其A8始终为0。
有关93C06/46/56/66的具体操作时序可参考有关文献[1]。
3 在MCS-51单片机上的应用
串行EEPROM技术是一种非易失性存储器技术,它是嵌入式控制解决方案中的先进技术,可在MCS-51单片机应用系统中用于数据的掉电保护、在线设置参数的存储、用户在线编程查表法中的表格存储,以及在微控制器的I/O线较少情况下的应用等。
MCS-51系列单片机没有三线制Microware串行总线接口,当它与 93C06/46/56/66等具有三线制Microware串行总线的EEPROM连接时,应使用相应的软件来模拟三线制Microware串行总线的操作,其中包括串行时钟、数据输入和数据输出。图2为串行EEPROM芯片AT93C66与AT89C51单片机的硬件连接图,图中的R为上拉电阻, AT89C51的P1.0口用于模拟AT93C66的片选端CS,P1.1口模拟AT93C66的时钟输入端SK,P1.2口模拟它的数据输入端 DI,P1.3口模拟数据输出端DO(DI和DO也可以连接在一起)。当在时钟的上升沿第一次检测到CS和DI都为高电平时,可启动AT93C66。在写操作时,首先使AT89C51的P1.1由低变高并产生一个脉冲,再在脉冲的上升沿将1 位数据(先为高位)从P1.2输出到AT93C66中,并清P1.1为0,然后再置P1.1为1,随之P1.2又输出1位数据……依次循环8次, AT89C51便可完成1个字节的输出操作。在写入周期完成后,P1.0由高变低,并在保持最少100ns后变为高电平,这时93C66的DO线用来表示芯片的状态,DO为1表示数据已写入指定的地址中,D0为0则表示正在编程。利用AT89C51可通过查询P1.3的状态来决定是否继续操作,读操作时, P1.1由低变高,AT89C51经P1.3从AT93C66读入1位数据,并循环8次,然后读入1个字节,下面是根据操作时序写出的AT90C51与 93C66连接时的模拟三线
- 三线制Microware同步串行EEPROM在MCS-51单片机(10-25)
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