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救原浦
4 years ago
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因而在设计中使用 24XXX 系列器件时, 不再需要了解与 I 2 相关的时序规范当使用 PI18 系列器件所内置的 MSSP 模块与 Microchip 24XXX 系列串行 EEPROM 进行通信时, 可将本应用笔记作为参考本文同时提供了通用数据传输模式的源代码图 1 所示为 Microchip 24XXX 系列器件与 PI18F452 单片机进行通信的接口硬件原理图

1 查询 ( 汉 ) 供应商捷多邦, 专业 PB 打样工厂,24 小时加急出货使用 MSSP 模块进行 I 2 串行 EEPROM 与 PI18 器件的接口设计作者 : 引言 hris Parris Microchip Technology Inc. Microchip Technology 生产的 24XXX 系列串行 EEPROM 兼容 I 2 通信标准, 最大时钟频率范围从 100 khz 到 1 MHz 许多 PImicro 单片机内置 MSSP 模块, 这提供了与 24XXX 串行器件通信的易用接口使用 MSSP 的最大好处在于信号时序是通过硬件而不是软件来产生的这意味着固件可持续执行, 同时由硬件在后台对通信进行控制因而在设计中使用 24XXX 系列器件时, 不再需要了解与 I 2 相关的时序规范当使用 PI18 系列器件所内置的 MSSP 模块与 Microchip 24XXX 系列串行 EEPROM 进行通信时, 可将本应用笔记作为参考本文同时提供了通用数据传输模式的源代码图 1 所示为 Microchip 24XXX 系列器件与 PI18F452 单片机进行通信的接口硬件原理图原理图给出了测试时单片机与串行 EEPROM 之间必要的连接, 软件代码的编写是参照上述连接进行的 SD 和 SL 引脚为漏极开路的, 因此必须使用上拉电阻连接至 V ( 通常 100 khz 时为 10 kω,400 khz 和 1 MHz 时为 2 kω) 同样, WP 引脚须接地, 因为示例中没有使用到写保护功能图 1: PI18F452 和 24XXX 系列器件的接口电路 PDIP(600 MIL) MLR R0 R1 R2 R3 R4 R5 RE0 RE1 RE2 VDD VSS OS1 OS2 R0 R1 R2 R3/SL RD0 RD PI18F RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 VDD VSS RD7 RD6 RD5 RD4 R7 R6 R5 R4/SD RD3 RD2 Vcc Vcc XXXXX 7 6 WP SL Vss 4 5 SD *SD 和 SL 引脚需要连接上拉电阻 (100 khz 时为 10 kω,400 khz 和 1 MHz 时为 2 kω) 注意一些器件中的 0 1 和 2 没有实现内部连接 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 1 页

2 固件说明固件的用途在于显示如何使用 PImicro 单片机中的 MSSP 模块产生特定的 I 2 通信信号, 另外还会对 I 2 主控模式所需的配置和一些 I 2 协议的具体内容进行解释本文重点在于帮助设计人员较好地理解使用 MSSP 模块和 I 2 协议与 24XXX 串行 EEPROM 进行通信的机制, 这将有助于他们在将来编写更为复杂的程序固件包含一个汇编程序, 该程序由五部分组成 : - 初始化 - 字节写入 - 字节读取 - 页写入 - 连续读取程序还显示了在字节写入和页写入操作之后, 如何使用应答查询功能来检测写周期是否完成在每次写入之后随即进行读取操作, 这样可以验证数据是否成功写入尽管没有提供输入数据的显示功能, 但可以使用示波器或 Microchip MPLB ID 2 来显示数据代码已在 24L256 串行 EEPROM 上通过测试, 该器件的存储器容量为 32 x 8 (256 千位 ), 每页 64 字节 24L256 还带有一个可通过 2 1 和 0 引脚进行配置的 3 位地址测试时这些引脚接地, 将地址设置为 000 为方便阅读, 对示波器的屏幕截取图进行了编号, 同时将数据手册中对应的波形图显示在示波器屏幕截取图的下方所有的时序设计均符合 100kHz 规范,PI18F452 使用一个 10 MHz 的晶振为其提供时钟如果使用较快的时钟, 就必须修改代码, 以确保为 MSSP 模块提供所需频率的时钟信号除非另行说明, 本应用笔记中出现的所有数值都是十六进制的 DS00989_N 第 2 页 2005 Microchip Technology Inc.

3 初始化为了将 MSSP 模块配置为工作在 I 2 主控模式, 需要对单片机中的一些关键寄存器进行正确的初始化下面将给出每一个寄存器的初始化代码示例 SSP 状态寄存器 (SSPSTT) SSPSTT 寄存器包含所有与 MSSP 模块相关的状态位在 I 2 模式下, 它包括起始 / 停止位检测位, 读 / 写信息位, 还包含转换率控制位 (SMP) 和 SMBus 选择位 (E) 对于 I 2 通信, 源代码使用一个 100 khz 的时钟, 这样就不需要使用转换率控制功能因此将 SMP 位置 1 以禁止转换率控制功能另外, 也没有用到 SMBus 的特定输入功能, 因此将 E 位清零来禁止该功能例 1 显示了如何完成这些初始化工作例 1: SSPSTT 配置 LRF SSPSTT ; Disable SMBus ; inputs BSF SSPSTT,SMP ; Disable slew ; rate control SSP 地址寄存器 (SSPDD) 在 I 2 主控模式下,SSPDD 保存波特率发生器的载入值公式 1 给出了在已知目标波特率和 FOS 的情况下计算 SSPDD 数值的公式在对示例代码进行测试时, 使用的是 10 MHz 晶振, 而目标波特率为 100 khz 因此,SSPDD 的载入值需要设计为 0x18 例 2 显示了如何在代码中完成这些工作公式 1: 例 2: SSPDD 计算 SSPDD 的值 FOS BitRate = SSPDD 配置 MOVLW 0x18 ; Load WREG with ; 0x18 MOVWF SSPDD ; opy value to ; SSPDD SSP 控制寄存器 1 (SSPON1) SSPON1 寄存器是 MSSP 模块的配置寄存器之一在 I 2 主控模式下, SSPON1 的高两位是指示位, 在初始化时应该被清零在主控模式下没有使用 SL 释放控制位 (P) 必须将 SSP 使能位 (SSPEN) 置 1 以使能串口需将 SSPM3:SSPM0 设置为 1000 来使能 I 2 主控模式使用如例 3 所示的代码对该寄存器进行上述配置例 3: SSPON1 配置 MOVLW b ; Load WREG with ; 0x28 MOVWF SSPON1 ; opy value to ; SSPON1 SSP 控制寄存器 2 (SSPON2) SSPON2 寄存器是 MSSP 模块的另一个配置寄存器, 它包含所有的序列使能位这些位用于初始化与 I 2 相关的不同序列例如 : 为了产生启动条件, 需要将启动条件使能位 (SEN) 置 1 上电复位时 SSPON2 寄存器的所有位都被清零, 但是其他类型的复位不会改变这些位的值因此, 如例 4 所示, 在初始化程序中清零 SSPON2 寄存器是个非常好的做法例 4: TRIS 寄存器 SSPON2 配置 LRF SSPON2 ; lear control ; bits 为了便于 MSSP 模块进行控制,R3 和 R4 必须配置为输入引脚这可以通过将它们在 TRIS 寄存器中相应的位置 1 来完成, 如例 5 所示一旦需要,MSSP 模块会把每个引脚重新配置成输出引脚例 5: TRIS 配置 BSF TRIS,R3 ; onfigure SL ; as an input BSF TRIS,R4 ; onfigure SD ; as an input 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 3 页

4 字节写入字节写入操作包含以下部分 : 启动条件和控制字节字地址数据字节和停止条件请注意, 根据 24L256 存储空间的大小, 字地址需使用两个字节, 而容量小于等于 16B 的 24XXX 串行器件的字地址只使用单个字节所有的 I 2 命令必须以启动条件开始, 启动条件是指当时钟 (SL) 为高电平时, 上的从高电平到低电平的转换信号在启动条件之后, 发送 8 位控制字节给 EEPROM, 数据在 SL 的上升沿锁存控制字节由器件代码 (24L256 器件是 0x) 块地址 (3 位 ) 以及 R/W 位组成随后,EEPROM 器件在第 9 个时钟周期把拉为低电平, 产生一个位作为响应在建立启动条件之前, 必须清零 SSP 中断标志位 (SSPIF, PIR1<3>) 随后, 通过将 SEN 位 (SSPON2<0>) 置 1 触发启动条件在进行后续 I 2 操作前, PImicro 单片机必须等待硬件将 SSPIF 位置 1 这标志着已成功建立启动条件发送完起始位后, 紧接着发送控制字节这首先需要再次清零 SSPIF 标志位, 然后把控制字节写入 SSPBUF MSSP 模块会自动开始发送数据到 EEPROM 器件模块还将检测是否接收到 EEPROM 器件发送的位, 然后在收到应答后将 STT 位 (SSPON2<6>) 置 1 PImicro 单片机再次等待 SSPIF 位被置 1 这标志着 MSSP 模块已完成本次数据发送起始位和控制字节发送图 2 详细显示了启动条件和控制字节左边的标记线标出了起始位的位置, 而右边的标记线标出了位图 2: 起始位和控制字节起始位控制字节 S DS00989_N 第 4 页 2005 Microchip Technology Inc.

5 发送字地址在 EEPROM 器件接收到控制字节并发回应答信号后, 主器件 (PI18F452) 则开始发送字地址对于 24L256 器件, 它是个 15 位的数值, 因此需要发送两个字节的字地址 ( 忽略高字节的 MSb), 高字节在前 ( 请注意容量小于等于 16B 的 24XXX 系列器件的字地址只有 1 个字节 ) 这些字节采用与上述控制字节相同的发送方式, 通过 MSSP 模块进行发送在主器件发送完每个字节后, 器件必须发回一个应答位作为响应图 3 显示了两个地址字节和相应的位作为参考, 前面的位 ( 对应于控制字节 ) 由左边的标记标出请注意, 本应用笔记使用的字地址为 0x500 图 3: 字地址地址高字节地址低字节 x x = 任意值 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 5 页

发送数据字节和停止位在发送完字地址并接收到最后一个位后, 就可以开始发送数据字节同样, EEPROM 器件再次以另一个位作出应答在接收到应答位后, 主器件产生停止条件停止条件指在时钟 (SL) 处于高电平期间, 发生从低电平到高电平的跳变除了需要使用 PEN 位 (SSPON2<2>) 外, 使用 MSSP 模块触发停止条件的方式与触发启动条件完全类似

6 发送数据字节和停止位在发送完字地址并接收到最后一个位后, 就可以开始发送数据字节同样, EEPROM 器件再次以另一个位作出应答在接收到应答位后, 主器件产生停止条件停止条件指在时钟 (SL) 处于高电平期间, 发生从低电平到高电平的跳变除了需要使用 PEN 位 (SSPON2<2>) 外, 使用 MSSP 模块触发停止条件的方式与触发启动条件完全类似正如同产生启动条件一样,PImicro 单片机先清零 SSPIF 位, 再将 PEN 位置 1, 然后等待硬件将 SSPIF 位置 1 图 4 显示了数据字节的发送和停止条件, 停止条件表示操作结束另外, 左边的标记线标出了前面的位 ( 对应于地址字节 ) 右边的标记线标出了停止条件图 4: 数据字节和停止位数据停止位 P DS00989_N 第 6 页 2005 Microchip Technology Inc.

7 应答查询在 24XXX 系列器件的数据手册中规定了写周期的时间 (TW), 但实际上并不需要这么长的时间因而, 使用据此参数推算出的延迟时间并不准确, 会导致一段多余的时间开销为了提高数据的传输效率, 强烈推荐使用应答查询功能由于 24XXX 系列器件不会在写周期过程中作出应答, 可以一直对器件进行查询直至接收到应答信号在停止条件产生并开始内部写周期之后就可以开始进行查询了应答查询程序应答查询的过程如下 : 首先发送启动条件, 之后发送一个写命令给 EEPROM 器件, 接着通过查询 STT 位来判断是否接收到位如果没有接收到位 ( 即, STT 为 1), 器件会继续完成其写周期图 5 给出了使用应答查询来检查写操作是否完成的示例本例中, 器件没有作出应答 ( 位为 1), 这表示写周期还没有完成图 5: 应答查询程序 (NO 位 ) 起始位控制字节 S N O 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 7 页

8 响应应答查询图 6 所示为写入操作完成后最后的应答查询, 此时器件发出位给予响应, 表明写入周期已经完成, 器件已准备好进行后续操作图 6: 应答查询完成 ( 位 ) 起始位控制字节 S DS00989_N 第 8 页 2005 Microchip Technology Inc.

9 字节读取如希望以随机存取的方式从 24XXX 系列器件中读取数据, 可以使用字节读取操作它与字节写入操作相似, 但更为复杂同样需要发送字地址, 只是必须首先发送 R/W 位为低的控制字节但这与将进行的读取操作相冲突因此, 在字地址发送之后, 必须传输一个新的启动条件和控制字节 (R/W 为高 ) 请注意, 在发送字地址之后, 并不产生停止条件使用 MSSP 模块发送第一个控制字节和字地址的方式与字节写入操作相同为读操作写入字地址图 7 所示为字节读取操作中, 发送第一个控制字节和字地址的示例左边标记线指明起始位, 右边标记线指明收到字地址 ( 本例中为 0x500) 后的位同样, 为了发送字地址, R/W 位必须为低图 7: 字节读取 ( 控制字节和地址 ) 起始位控制字节地址高字节 S x 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 9 页

10 读回数据字节发送字地址后, 使用重启使能位 (RSEN) 触发重复启动条件请注意重复启动操作与启动操作非常相似, 区别在于重复启动操作不会首先检查总线是否有效 ( 这点非常重要, 因为此时 SL 或者 SD 可能为低电平, 这会导致启动条件产生过程中出现错误 ) 与使用 MSSP 模块触发其他的总线条件一样, 必须将 SSPIF 标志清零并持续对它进行监视第二个控制字节以正常方式发送, 该字节中的 R/W 位被置 1 为了读取数据字节, 首先将 DT 位置 1 以表明应该发送一个 NO 信号之后 ( 在 SSPIF 位清零后 ), 将 REN 位置 1 触发读取操作一旦 SSPIF 位被硬件置 1, 就可以从 SSPBUF 寄存器中拷贝数据字节从 24XXX 系列器件中成功读取数据字节后, 主器件发送一个 NO 位作出响应也就是说, 再次将 SSPIF 位清零, 并将 EN 位置 1, 发送 NO 位这表明已无数据需要读取最后, 主器件产生停止条件结束操作图 8 所示为实际读取操作期间的控制字节和数据字节在接收到前一个位之后, 将立即生成重复启动条件 ( 左边标记处 ) 在传输的末尾, 主器件发出一个 NO 位 ( 将 SD 保持为高电平 ), 表明不再读取更多的数据 ( 右边标记处 ) 在发送 NO 位后, 主器件产生停止条件结束读操作图 8: 字节读取 ( 控制字节和数据 ) 起始位控制字节数据字节停止位 S N O P DS00989_N 第 10 页 2005 Microchip Technology Inc.

11 页写入在写入大量数据时, 页写入操作是增加数据吞吐量的一种有效方法除 24XX00 外, 所有的 24XXX 系列器件都支持页写入操作, 每页字节数可以从 8 字节到 128 字节使用页写入功能, 仅需发送一次控制字节和字地址, 就可以连续写入多达一整页的数据需要注意的是, 不管实际写入的字节数是多少, 页写入操作只能将数据写入单个物理页内物理页起始地址是页大小的整数倍, 终止地址是 [ 页大小的整数倍 ] - 1 如果试图写入超出一整页边界的数据, 将导致超出部分数据回绕到页的开始, 并覆盖先前存储在那里的数据页写入操作与字节写入操作非常类似, 只是在第一个数据字节传输之后, 并不产生停止条件, 而是继续发送数据, 一次发送的数据可多至 1 页 24XXX 在接收到每个字节后将内部地址指针自动加 1 与字节写入操作相同, 内部写入周期由停止条件启动连续发送多个字节图 9 显示了页写入操作中连续写入的两个数据字节由于时间长度的关系不能清楚地显示整个传输过程, 不过这张屏幕截取图显示了其中页写入与字节写入的主要区别部分请注意, 器件在对第一个数据字节 ( 本例中为 0x10) 做出应答后, 主器件立即开始发送第二个数据字节 ( 本例中为 0x0F) 图 9: 页写入 ( 两个连续的数据字节 ) 数据 (n) 数据 (n + 1) 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 11 页

12 连续读取正如页写入操作可以更有效地进行批量数据写入一样, 连续读取操作同样可以更有效地读取数据页写入只能在单个物理页内进行, 而连续读取操作则能够一次读取存储器的全部内容连续读取非常类似于字节读取, 唯一的不同是, 在接收到每个数据字节之后, 主器件必须拉低向 24XXX 发送一个位此位表明, 主器件还要读取更多的数据发送位后, 主器件继续读取数据, 而不需要产生启动 / 停止条件, 或是发送其他的控制 / 地址字节为了使用 MSSP 模块进行连续读取, 必须在使用 EN 位触发应答操作之前正确设置 DT 位将 DT 位清零会产生位, 而将 DT 位置 1 会产生 NO 位连续读取数据字节图 10 所示为 16 字节连续读取操作的最后两个字节请注意, 主器件在接收到第一个数据字节之后, 将 SD 拉低以发送位 ; 在接收到最后一个数据字节之后, 则释放 SD ( 为高电平 ), 以发送一个 NO 位与其他操作一样, 主器件产生停止条件结束操作图 10: 连续读取 ( 最后两个字节 ) 数据 n + (x-1) 数据 n + x 停止位 P N O DS00989_N 第 12 页 2005 Microchip Technology Inc.

13 结论在与 24XXX 串行 EEPROM 器件通信时, 使用 PImicro MSSP 模块与使用软件相比有许多优势设计人员既不需要了解 I 2 时序规范, 也不需要编写全部的软件程序以实现 I 2 功能这可以大幅度缩短开发周期本应用笔记说明了使用 PImicro MSSP 模块与 24XXX 系列串行 EEPROM 进行 I 2 通信的主要特性给出的汇编代码的可移植性非常高, 稍作修改就可用在其他带有 MSSP 模块的 PI18 系列单片机上代码在 Microchip 的 PIDEM 2 Plus 演示板 ( 连接方式如图 1 所示 ) 上进行了测试 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 13 页

14 注 : DS00989_N 第 14 页 2005 Microchip Technology Inc.

请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip

15 请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性代码保护并不意味着我们保证产品是牢不可破的代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了数字器件千年版权法案 (Digital Millennium opyright ct) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其他受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为提供本文档的中文版本仅为了便于理解 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档本出版物中所述的器件应用信息及其他类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示书面或口头法定或其他形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况质量性能适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任未经 Microchip 书面批准, 不得将 Microchip 的产品用作生命维持系统中的关键组件在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其他方式转让任何许可证商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 ccuron dspi EELOQ microid MPLB PI PImicro PISTRT PRO MTE PowerSmart rfpi 和 SmartShunt 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 mplab FilterLab Migratable Memory MXDEV MXLB PIMSTER SEEVL SmartSensor 和 The Embedded ontrol Solutions ompany 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 nalog-for-the-digital ge pplication Maestro dspidem dspidem.net dspiworks EN EONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylb In-ircuit Serial Programming ISP IEPI Linear ctive Thermistor MPSM MPLIB MPLIN MPSIM PIkit PIDEM PIDEM.net PILB PItail Poweral PowerInfo PowerMate PowerTool Real IE rflb rfpidem Select Mode Smart Serial SmartTel Total Endurance UNI/O WiperLock 和 Zena 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的商标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有 2005, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 handler 和 Tempe 及位于加利福尼亚州 Mountain View 的全球总部设计中心和晶圆生产厂均于 2003 年 10 月通过了 ISO/TS-16949:2002 质量体系认证公司在 PImicro 8 位单片机 EELOQ 跳码器件串行 EEPROM 单片机外设非易失性存储器和模拟产品方面的质量体系流程均符合 ISO/TS-16949:2002 此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 9001:2000 认证 2005 Microchip Technology Inc. DS00989_N 第 15 页

16 DS00989_N 第 16 页 2005 Microchip Technology Inc.

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untitled N1113 8051MU I 2 EEPROM lexandru Valeanu Microchip Technology Inc. Microchip Technology 24XXX EEPROM 2 SL 24XXX EEPROM 24XXX EEPROM I 2 100 khz 1MHz 24XXX EEPROM 2 I 2 EEPROM 128 512 b 100 khz 1MHz 1.7V

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