使用 MSSP 进行 Microwire 串行 EEPROM 与 PIC18 器件的接口设计 作者 : 引言 Martin Kvasnicka Microchip Technology Inc. 当前市场上有许多不同的单片机用于嵌入式控制应用领域 许多这种嵌入式控制系统都需要非易失性存储器 由于外形小巧 提供字节级灵活性 I/O 引脚要求低 低功耗和低成本等特点, 串行 EEPROM 成为非易失性存储器的流行选择 针对这种需求, Microchip Technology 提供了完整的串行 EEPROM 产品线, 产品线涵盖双线 (I 2 C ) 三线 (Microwire) 和 SPI 通信所用的业界标准串行通信协议 串行 EEPROM 器件以多种不同密度 工作电压范围和封装形式提供 本应用笔记提供了帮助以及源代码, 便于设计人员进行 Microchip 中档 PIC18F4520 单片机与 Microchip Microwire 串行 EEPROM 的接口设计 主同步串行口 (Master Synchronous Serial Port, MSSP) 提供了与 EEPROM 的简单三线连接, 无需外部 电子胶 逻辑 图 1 所示为 Microchip Microwire 器件与 Microchip PIC18F4520 单片机接口的硬件原理图 原理图给出了单片机与串行 EEPROM 之间接口的必要连接 ( 软件代码是参照上述连接而编写的 ) 图 1: PDIP(600 MIL) PIC18F4520 和 93XXXXX (MICROWIRE) 器件电路 MCLR/VPP/RE3 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/HLVDIN/C2OUT RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 VDD VSS OSC1/CLK1/RA7 OSC2/CLK0/RA6 RC0/T10S0/T13CKI RC1/T10SI/CCP2 RC2/CCP1/P1A RC3/SCK/SCL RD0/PSP0 RD1/PSP1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PIC18F4520 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 RB7/KB3/PGD RB6/KB2/PGC RB5/KBI1PGM RB4/KBI0AN11 RB3/AN9/CCP2 RB2/INT1/AN8 RB1/INT1/AN10 RB0/INT/FLT0/AN12 VDD VSS RD7/PSP7/P1D RD6/PSP6/P1C RD5/PSP5/P1B RD4/PSP4 RC7/RX/DT RC6TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RD3/PSP3 RD2/PSP2 VCC CS (1) 1 8 VCC CLK DI 2 3 93XXXXX 7 6 NC ORG DO 4 5 VSS 注 1 :CS 应始终外接一个下拉电阻, 以防止单片机上电或掉电期间数据损坏 2006 Microchip Technology Inc. DS01020B_CN 第 1 页
固件说明 固件程序的用途是展示 Microwire 协议的各个功能, 给出起始位 操作码和寻址机制的代码示例, 从而展示程序的基本构件 所提供的波形图显示了从 CS 有效到 CS 禁止的时序, 从而可以看到整个指令 为了方便串行数据的解读, 数据手册的波形图显示在示波器屏幕截取图的下方 同时还提供了与图 2 类似的图形, 其中会显示固件所设置的值, 以方便阅读 工作原理 要使用 SPI 端口与 Microchip 的 Microwire 串行 EEPROM 进行通信, 必须将要输出到 93XXXX 的字节对齐, 使得地址的 LSB 为要输出字节的第八位 (LSB) 从该位开始, 各个位应当从右到左连续地填充该字节 如果需要的位多于 8 位, 则需要输出两个字节 同样的方法适用于所有 93XXXX 系列的器件, 但由于密度和组织结构会改变为每个命令发送的位数, 所以还必须参考数据手册 由于控制 93LC66C 所需的位数多于 8 位, 所以需要两个连续字节 图 2: 命令对齐 高字节低字节 0 0 0 0 SB OP1 OP0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 这里前导 0 必须是 0, 否则器件会收到跟随无效命令的起始位 高字节 ( 含有起始位 操作码位和地址 MSb) 高字节使用以下格式配置 :SB 为起始位 OP1 为操作码的 MSb, 而 OP0 为操作码的 LSb A8 是寻址 512 字节所需的第 9 个地址位 CS 线可以在输出字节之前设置, 这是因为在发送出第一个高位之前, 输出到 93XXXX 的前导 0 将阻止 93XXXX 识别起始位 低字节 (8 个地址位 ) 低字节包含 A7-A0, 这些位是存取 512 个字节时所需的其余地址位 DS01020B_CN 第 2 页 2006 Microchip Technology Inc.
初始化 为了配置 MSSP 模块使用 Microwire 协议, 必须正确初始化 PICmicro 单片机上的几个关键寄存器 每个寄存器都给出了代码示例 由于 Microwire 协议不是 MSSP 模块所固有的, 所以在模块内实现了 SPI 模式 0,0 的一个版本, 它在 Microwire 数据手册规范内工作 MSSP 状态寄存器 (SSPSTAT) SSPSTAT 保存所有与 MSSP 模块相关的状态位 对于 Microwire, 为了在数据输出时间的末端采样数据, 寄存器的 SMO 位必须置 1 CKE 位也必须置 1, 这样 CKP (SSPCON1) 清零时, 数据在 SCK 的上升沿发送 TRISC 寄存器 为使器件能正确受 MSSP 模块的控制,CLK DI 和 DO 引脚必须正确配置 这可通过在 TRISC 中设置其相应位而实现, 置 1 则为输入, 清零则为输出, 如例 3 中所示 例 3: TRISC 配置 MOVLW 0x10 ; 所有位均为输出 ; 除了 SDI MOVWF TRISC ; 对于 SPI 输入 例 1: SSPSTAT 配置 MOVLW 0xC0 MOVWF SSPSTAT ; SPI 主控器件,clk/16, ; ckp=0 ; SSPEN 使能 SSP 控制寄存器 1 (SSPCON1) SSPCON1 是 MSSP 模块使用的另一个寄存器 对于 Microwire 通信, SSPCON1 的高 2 位是指示位, 初始化时应清零 SSP 使能位 (SSPEN) 必须置 1, 以便使能 SSP 模块 ; 时钟极性选择位必须清零, 以便将时钟的 IDLE 状态设置为低电平 SSPCON1 的低 4 位设置通信的模式和速度, 在本例中, 我们将它设置为主控模式和 FOSC/16 例 2: SSPCON1 配置 MOVLW 0x21 ; SPI 主控器件,clk/16, ; ckp=0 MOVWF SSPCON1 ; SSPEN 使能 2006 Microchip Technology Inc. DS01020B_CN 第 3 页
写使能 图 3 给出了擦 / 写使能 (EWEN) 命令的示例 该命令由起始位和 4 位操作码 (0000) 组成 除了头 2 个高位地址位 (A8 和 A7) 之外, 地址位 ( 本例中置为 0) 均为 无关位 片选信号升为高电平 ( 有效 ), 起始位和操作码通过 MSSP 端口送出 完成写操作后或器件 / 系统掉电之前, 应总是向器件发送 EWDS 命令 图 3: 擦 / 写使能 (EWEN) TCSL CS CLK DI 1 0 0 1 1 x x 高字节 低字节 0 0 0 0 SB OP1 OP0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 hibyte = 0x09h lobyte = 0x80h DS01020B_CN 第 4 页 2006 Microchip Technology Inc.
写命令 ( 起始位 操作码 地址和数据 ) 图 4 给出了写命令的示例 首先选中器件, 并送出包含起始位 操作码和地址 MSb 的高字节 接着发送包含剩余地址位 A7-A0 的第二个低字节 最后, 发送数据 ( 在本例中是 0x5A) 数据发送结束时翻转片选信号, 这将启动内部写周期 内部写周期一旦开始, 即可在 DO 引脚上查询 READY/Busy 信号, 检查写操作何时结束 如果不查询 READY/Busy 状态, 则需要加入 6 ms 延时 本代码使用 READY/Busy 查询 图 4: 写命令 地址和数据 TCSL CS CLK DI 1 0 1 An A0 Dx D0 TSV TCZ DO 高阻态 Busy READY 高阻态 TWC 高字节 低字节 0 0 0 0 SB OP1 OP0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 hibyte = 0x0Ah lobyte = 0x10h 2006 Microchip Technology Inc. DS01020B_CN 第 5 页
READY/BUSY 查询 写命令成功执行后, 可以通过监测 93XXXX 的 DO 线来检查内部写周期是否已启动, 并可持续监测查看写周期何时结束 下面的示波器图显示 : 器件被选中, DO 线保持低电平约 3.8 ms, 然后器件将 DO 线升为高电平, 指示写周期结束 图 5: READY/BUSY 查询 DS01020B_CN 第 6 页 2006 Microchip Technology Inc.
读命令 ( 起始位 操作码 地址和数据 ) 图 6 给出了读命令的示例 首先选中器件, 并送出包含起始位 操作码和地址 MSb 的高字节 接着发送包含其余地址位 A7-A0(0x10) 的第二个低字节 此时器件即可以送出数据了, 单片机需要发送一个无效字节以便发送时钟信号, 从而使数据从器件中读出到单片机中 在本例中, 读取的数据是 0x5A 图 6: 读命令 CS CLK DI 1 1 0 An A0 DO 高阻态 0 Dx D0 Dx D0 Dx D0 高字节 低字节 0 0 0 0 SB OP1 OP0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 hibyte = 0x0Ch lobyte = 0x10h 2006 Microchip Technology Inc. DS01020B_CN 第 7 页
擦 / 写禁止命令 器件写操作完成后, 应发出写禁止 (EWDS) 命令 ( 见图 7) 该命令由起始位和 4 位操作码 (0000) 组成 除了头 2 个高位地址位 (A8 和 A7) 之外, 地址位 ( 本例中置为 0) 均为 无关位 完成写操作后或器件 / 系统掉电之前, 始终应向器件发送 EWDS 命令 图 7: 擦 / 写禁止命令 CS TCSL CLK DI 1 0 0 0 0 x x 高字节 低字节 0 0 0 0 SB OP1 OP0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 hibyte = 0x08h lobyte = 0x00h DS01020B_CN 第 8 页 2006 Microchip Technology Inc.
结论 以上是使用 PIC18F4520 上的 MSSP 模块进行 Microwire 通信的一些基本功能 代码是高度可移植的, 只需稍作修改即可用在许多具备 MSSP 模块的器件上 使用本文提供的代码, 设计人员能够开始着手建立他们自己的 Microwire 程序库, 而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. DS01020B_CN 第 9 页
注 : DS01020B_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 ISO/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 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 2006 Microchip Technology Inc. DS01020B_CN 第 11 页
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