三線制Microware同步串行EEPROM在MCS-51單片機(jī)上的運(yùn)用

1 三線制Microware串行總線

　　三線制Microware同步串行總線接口是 NationalSemicondutor公司在其生產(chǎn)的COP系列和HPC系列微控制器上采用的一種串行總線，它使用的三根信號(hào)線分別為數(shù)據(jù)輸入線 SI、數(shù)據(jù)輸出線SO和時(shí)鐘信號(hào)線SK。由于三線制Microware總線只需3～4根數(shù)據(jù)線和控制線即可擴(kuò)展具有三線制Microware總線的各種 I／O器件，而并行總線擴(kuò)展方法卻需要8根數(shù)據(jù)線、8～16根地址線和2～3位的控制線，因此，使用三線制Microware串行總線可以簡化電路設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的可靠性。

2 三線制Microware總線的EEPROM

　　EEPROM是一種可用電氣方法在線擦除和再編程的只讀存儲(chǔ)器，它既有 RAM在聯(lián)機(jī)操作中可讀可改寫的特性，又具有非易失性存儲(chǔ)器ROM在掉電后仍然能保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。93C06／46／56／66是采用CMOS工藝制成的分別為64／128／256／512×8位或16／64／128／256×16位8引腳的可支持三線制Microware串行總線的 EEPROM，其自定時(shí)寫周期的自動(dòng)擦除時(shí)間不超過10ms，Microchip公司的串行EEPROM的擦除和寫入一個(gè)字節(jié)的時(shí)間可縮短到2ms以下，擦除／寫入周期壽命一般都可達(dá)到10萬次以上，有的產(chǎn)品（如NS公司和Microchip公司的產(chǎn)品）已可達(dá)到100萬次，片內(nèi)寫入的數(shù)據(jù)保存壽命可達(dá) 40年以上。這些三線制Microware總線的EEPROM一般采用單一＋5V電源供電，低功耗時(shí)工作電流僅400μA，備用時(shí)為25μA，同時(shí)具有三態(tài)輸出，并可與TTL電平兼容。

　　NM93C06／46／56／66是National Semiconductor公司的產(chǎn)品，與其兼容的有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等產(chǎn)品，其中 AT93C66的引腳排列如圖1所示。各引腳說明如下：

　　CS：片選信號(hào)；
　　SK：串行時(shí)鐘輸入信號(hào)，同時(shí)也是微處理器與EEPROM之間通信的同步信號(hào)，數(shù)據(jù)在它的上升沿鎖定有效；
　　DI：數(shù)據(jù)輸入；
　　DO：數(shù)據(jù)輸出；
　　ORG：Microchip公司產(chǎn)品特有引腳。該引腳接Vcc時(shí)，器件的內(nèi)部存儲(chǔ)組織結(jié)構(gòu)以16位為一個(gè)單元；接GND時(shí)，器件的內(nèi)部存儲(chǔ)組織結(jié)構(gòu)以8位為一個(gè)單元。

　　該芯片有7種指令，其中5種指令集的安排如 表1所列，此外，還有整片寫指令（WRAL－Write All）和整片擦除指令（ERAL－Erase All）。應(yīng)當(dāng)說明的是：在操作碼為00時(shí)，為了區(qū)分不同指令，通常借用地址的前兩位來識(shí)別。

　　不同型號(hào)的EEPROM有不同的存儲(chǔ)空間，93C66有512字節(jié)的存儲(chǔ)空間，其地址為 A8～A0，在編程時(shí)，A8可以作為操作指令字節(jié)的最后一位，如果需要讀93C56中某個(gè)存儲(chǔ)單元（8位）中的數(shù)據(jù)，其讀指令為0000110A8，地址碼為××××××××，此時(shí)，如果A8為0，則地址為00H…FFH，如果A8為1，則地址為100H…1FFH，而93C06／46／56的存儲(chǔ)空間不超過256個(gè)字節(jié)，其A8始終為0。

　　有關(guān)93C06／46／56／66的具體操作時(shí)序可參考有關(guān)文獻(xiàn)［1］。

3 在MCS－51單片機(jī)上的應(yīng)用

　　串行EEPROM技術(shù)是一種非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，它是嵌入式控制解決方案中的先進(jìn)技術(shù)，可在MCS－51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中用于數(shù)據(jù)的掉電保護(hù)、在線設(shè)置參數(shù)的存儲(chǔ)、用戶在線編程查表法中的表格存儲(chǔ)，以及在微控制器的I／O線較少情況下的應(yīng)用等。

　　MCS－51系列單片機(jī)沒有三線制Microware串行總線接口，當(dāng)它與 93C06／46／56／66等具有三線制Microware串行總線的EEPROM連接時(shí)，應(yīng)使用相應(yīng)的軟件來模擬三線制Microware串行總線的操作，其中包括串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。圖2為串行EEPROM芯片AT93C66與AT89C51單片機(jī)的硬件連接圖，圖中的R為上拉電阻， AT89C51的P1．0口用于模擬AT93C66的片選端CS，P1．1口模擬AT93C66的時(shí)鐘輸入端SK，P1．2口模擬它的數(shù)據(jù)輸入端 DI，P1．3口模擬數(shù)據(jù)輸出端DO（DI和DO也可以連接在一起）。當(dāng)在時(shí)鐘的上升沿第一次檢測到CS和DI都為高電平時(shí)，可啟動(dòng)AT93C66。在寫操作時(shí)，首先使AT89C51的P1．1由低變高并產(chǎn)生一個(gè)脈沖，再在脈沖的上升沿將1 位數(shù)據(jù)（先為高位）從P1．2輸出到AT93C66中，并清P1．1為0，然后再置P1．1為1，隨之P1．2又輸出1位數(shù)據(jù)……依次循環(huán)8次， AT89C51便可完成1個(gè)字節(jié)的輸出操作。在寫入周期完成后，P1．0由高變低，并在保持最少100ns后變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)93C66的DO線用來表示芯片的狀態(tài)，DO為1表示數(shù)據(jù)已寫入指定的地址中，D0為0則表示正在編程。利用AT89C51可通過查詢P1．3的狀態(tài)來決定是否繼續(xù)操作，讀操作時(shí)， P1．1由低變高，AT89C51經(jīng)P1．3從AT93C66讀入1位數(shù)據(jù)，并循環(huán)8次，然后讀入1個(gè)字節(jié)，下面是根據(jù)操作時(shí)序?qū)懗龅腁T90C51與 93C66連接時(shí)的模擬三線制Microware串行總線的操作源程序。

　　首先根據(jù)AT93C66的指令集，規(guī)定如下指令格式：
　　指令格式：00001××A8，其中1為起始位，××為操作碼，A8為第9位地址碼；
　　讀指令（READ）：00001100，即0x0c（如果對(duì)93C66的100H…1FFH地址空間操作，則指令最后一位為1，寫和擦除指令均如此）； 寫指令（WRITE）：00001010，即0x0a 擦除指令（ERASE）：00001110，即0x0e
　　擦／寫允許指令（EWEN）：0000100110000000，即0x0980，該指令分兩次寫入。

　　本程序可用C51語言編寫，具體代碼如下（不包括整片寫和擦除功能）：