使用 C18 编译器进行 SPI 串行 EEPROM 与 PIC18 单片机的接口设计 作者 : 引言 Chris Parris Microchip Technology Inc. Microchip Technology 生产的 25XXX 系列串行 EEPROM 兼容 SPI 通信标准, 最大时钟频率范围从 3MHz 到 20 MHz 许多时候, 在设计利用串行 EEPROM 器件的应用时, 使用非专用 非特定于协议的串行端口是有好处的 这样设计的原因可能有多种, 包括体积大小限制或成本因素 在这些情况下, 设计人员需要编写能够生成与 EEPROM 器件通信的正确信号的软件程序 本应用笔记提供了帮助以及源代码, 便于设计人员在不使用硬件串行端口的情况下, 进行 Microchip PIC18F1220 PICmicro 单片机与 Microchip SPI 串行 EEPROM 的接口设计 图 1 所示为 Microchip 25XXX 系列器件与 PIC18F1220 PICmicro 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 WP 和 HOLD 引脚通过电阻连接至 VCC, 因为示例中没有使用到写保护和保持功能 图 1: PIC18F1220 和 25XXX 系列器件接口电路 RA0 RA1 RA4 MCLR/VPP VSS RA2 RA3 RB0 RB1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 PIC18F1220 18 17 16 15 14 13 12 11 10 RB3 RB2 OSC1 OSC2 VDD RB7/PGD RB6/PGC RB5 RB4 VCC VCC 10k VCC CS (1) 1 8 Vcc 10k 10k WP (1) 2 3 25XXXXX 7 6 HOLD (1) Vss 4 5 注 1 : CS WP 和 HOLD 引脚均应外接阻值约为 10 kω 的上拉电阻 2006 Microchip Technology Inc. DS01018A_CN 第 1 页
固件说明 固件程序的用途是展示 SPI 协议的各个功能, 给出指令和寻址机制的代码示例, 从而展示程序的基本构件 固件可以执行以下操作 : 低密度字节写 低密度字节读 低密度页写 低密度连续读 写使能 WIP 查询此外还可以执行以下操作, 但这些操作未直接展示 : 高密度字节写 高密度字节读 高密度页写 高密度连续读 写禁止 读状态 (STATUS) 寄存器 写状态寄存器低密度程序适用于容量小于等于 4KB 的采用单字节寻址的器件 而高密度程序适用于容量大于等于 8KB 的采用双字节寻址的器件 该程序还显示了在字节写和页写操作后, 如何使用 WIP 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操作, 这样可以验证数据是否被正确写入 这里不提供显示输入数据的方法, 但可以使用 SEEVAL 32 评估系统 示波器或 Microchip MPLAB ICD 2 来显示数据 低密度代码使用 25LC040 串行 EEPROM 测试 该器件的存储容量为 512 x 8 (4 Kb), 页面为 16 字节 高密度代码使用 25LC256 串行 EEPROM 测试 该器件的存储容量为 32K x 8(256 Kb), 页面为 64 字节 本应用笔记中只展示了低密度操作 为了方便阅读, 对示波器的屏幕截取图进行了标注 数据手册版本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数据手册中的规范, PIC18F1220 使用一个 10 MHz 的晶振为其提供时钟 如果使用了不同的时钟, 则可能需要修改代码, 以避免违反时序规范 除非另外说明, 否则本应用笔记中出现的所有数值均为十进制数 DS01018A_CN 第 2 页 2006 Microchip Technology Inc.
写使能 图 2 给出了写使能命令的示例 片选信号拉为低电平 ( 有效 ), 操作码 (0x06) 被送出 在尝试对阵列或 STATUS 寄存器进行写操作之前, 必须先发送写使能命 令, 以便将 WEL 位置 1 WEL 位可以通过发出写禁止 (WRDI) 命令清零, 如果器件掉电或写周期完成, 它也会自动复位 图 2: 写使能 (WREN) CS 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 1 1 0 高阻态 2006 Microchip Technology Inc. DS01018A_CN 第 3 页
读 STATUS 寄存器检查 WEL 位 图 3 给出了使用读 STATUS 寄存器命令检查 WEL 位的示例 在尝试对 STATUS 寄存器或阵列进行写操作之前, 必须先将该位置 1 尝试进行写操作之前应检查该位是否置 1, 这是良好的编程习惯 器件被再次选中, 并发送操作码 (0x05) STATUS 寄存器内容在串行输出 (Serial Out) 引脚上送出 引脚上的 0x02 值说明 STATUS 寄存器中的 WEL 位已置 1 现在器件即可对 STATUS 寄存器或阵列进行写操作了 图 3: 读 STATUS 寄存器检查 WEL 位 (RDSR) CS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 指令 0 0 0 0 0 1 0 1 高阻态 STATUS 寄存器数据 7 6 5 4 3 2 1 0 DS01018A_CN 第 4 页 2006 Microchip Technology Inc.
字节写命令 ( 操作码 地址和数据 ) 图 4 给出了写命令的示例 首先, 通过将片选信号拉为低电平 ( 有效 ) 来选中器件 在本示例中, 地址的最高有效位为 1 该位嵌入操作码 ( 对于写命令为 0x02) 中, 因此发送的值是 0x0A 接下来发送低地址字节 (0x33) 最后, 发送数据 ( 在本例中为 0xCC) 在该命令结束时只要翻转片选信号, 就将启动内部写周期 写周期开始后, 可以通过查询 STATUS 寄存器中的 WIP 位来检查写操作何时结束 如果不使用查询, 则必须加入延时 (~5 ms) 来确保写操作已结束 本代码使用 WIP 查询 通过连续向器件发送数据字节而不切换 CS 信号, 可以实现页写功能 对于 25LC040, 页写最多可写入 16 个字节, 之后就需要再执行写周期 发送数据字节之后, 一旦 CS 拉为高电平时, 写周期定时器就会启动, 并可以进行正常的查询 固件中提供的页写功能用于编程 16 字节数据, 其起始地址为 0x150 由于页写无法越过页边界, 因此必须小心避免数据写满并返回页首的情况, 这样会覆盖已有的数据 图 4: 字节写命令 地址和数据 CS TWC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 指令低地址字节数据字节 23 0 0 0 0 A8 0 1 0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 7 6 5 4 3 2 1 0 高阻态 2006 Microchip Technology Inc. DS01018A_CN 第 5 页
数据查询 (RDSR 检查 WIP 位是否已置 1) 给出有效写命令后, 可以通过读 STATUS 寄存器来检查内部写周期是否已开始, 并可持续监测查看写周期何时结束 在本例中, 器件被选中,RDSR 操作码 (0x05) 被发送 随后 STATUS 寄存器内容会在串行输出 () 引脚上送出, 所产生的值为 0x03 图 5 显示 WEL 位 (bit 1) 和 WIP 位 (bit 0) 均置 1, 表示写周期正在进行中 图 5: 数据查询 ( 读 STATUS 寄存器检查 WIP 位 ) CS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 指令 0 0 0 0 0 1 0 1 高阻态 STATUS 寄存器数据 7 6 5 4 3 2 1 0 DS01018A_CN 第 6 页 2006 Microchip Technology Inc.
数据查询结束 (RDSR WIP 位清零 ) 固件会不断地循环查询 WIP 状态, 直到该位清零 图 6 显示了读 STATUS 寄存器命令, 及随后在串行输出 () 引脚上送出 0x00 值 这表示写周期已结束, 现在器件就绪以便接受其他命令 WEL 位也会在写周期结束时清零, 作为防止意外写操作的额外保护措施 图 6: 数据查询结束 (RDSR WIP 和 WEL 位清零 ) CS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 指令 0 0 0 0 0 1 0 1 高阻态 STATUS 寄存器数据 7 6 5 4 3 2 1 0 2006 Microchip Technology Inc. DS01018A_CN 第 7 页
读命令 ( 操作码 地址和数据 ) 图 7 给出了读命令的示例 为执行读命令, 首先选中器件 对于写命令, 地址的最高有效位为 1 因此与读操作码 (0x03) 结合时, 发送的值为 0x0B 接下来发送低地址字节 0x33 最后, 在串行输出 () 引脚上发 送数据 ( 本例中是 0xCC) 为了执行连续读操作, 需要生成更多时钟信号 可以通过连续对器件发出时钟信号来读取整个芯片 到达阵列末尾时, 将会返回到阵列开始处 ( 地址 0x000) 并继续读出数据, 直到 CS 被取消选中, 或器件不再收到时钟信号 图 7: 读命令 地址和数据 CS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 指令低地址字节 23 0 0 0 0 A8 0 1 1 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 高阻态 无关位 数据输出 7 6 5 4 3 2 1 0 DS01018A_CN 第 8 页 2006 Microchip Technology Inc.
结论 以上是在 Microchip 的 PIC18 器件上, 不使用硬件串行端口而进行 SPI 通信的一些基本功能 代码是高度可移植的, 只需稍作修改就可在许多 PICmicro 单片机上使用 使用本文提供的代码, 设计人员就能开始着手建立他们自己的 SPI 程序库, 繁简可根据需要自行确定 代码在 Microchip PICDEM 2 Plus 演示板 ( 连接方式如图 1 所示 ) 上经过测试 2006 Microchip Technology Inc. DS01018A_CN 第 9 页
注 : DS01018A_CN 第 10 页 2006 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 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 Copyright Act) 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 请勿忽视文档中包含的英文部分, 因为其中提供了有关 Microchip 产品性能和使用情况的有用信息 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 如果将 Microchip 器件用于生命维持和 / 或生命安全应用, 一切风险由买方自负 买方同意在由此引发任何一切伤害 索赔 诉讼或费用时, 会维护和保障 Microchip 免于承担法律责任, 并加以赔偿 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 Accuron dspic KEELOQ microid MPLAB PIC PICmicro PICSTART PRO MATE PowerSmart rfpic 和 SmartShunt 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 AmpLab FilterLab Migratable Memory MXDEV MXLAB SEEVAL SmartSensor 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro CodeGuard dspicdem dspicdem.net dspicworks ECAN ECONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylab In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Linear Active Thermistor Mindi MiWi MPASM MPLIB MPLINK PICkit PICDEM PICDEM.net PICLAB PICtail PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool REAL ICE rflab rfpicdem 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 2006, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 位于俄勒冈州 Gresham 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通过了 I/TS-16949:2002 认证 公司在 PICmicro 8 位单片机 KEELOQ 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 I/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 I 9001:2000 认证 2006 Microchip Technology Inc. DS01018A_CN 第 11 页
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