使用 MSSP 模块进行 Microwire 串行 EEPROM 与 PIC16 器件的接口设计 作者 : 引言 Martin Kvasnicka Microchip Technology Inc. 目前市场上有许多种单片机用在嵌入式控制系统设计中, 这些嵌入式控制系统中的很大一部分都要用到非易失性存储器 由于串行 EEPROM 具有封装尺寸小, 存储容量灵活, 对 I/O 引脚要求低, 和低功耗低成本等特点, 已成为非易失性存储器的首选 为了满足市场需求, Microchip Technology 已经推出了一整套符合工业标准的串行 EEPROM, 覆盖了 2 线式 (I 2 C ) 3 线式 (Microwire) 和 SPI 通信标准, 并提供了不同的存储容量 工作电压范围和封装形式 本应用笔记提供了设计思路和源代码, 以方便设计人员进行 Microchip 中档 PIC16F877A 单片机和 Microwire 串行 EEPROM 器件之间的通信设计 主控同步串行端口模块 (MSSP) 允许单片机与 EEPROM 进行简单的 3 线连接, 且不需要外部 胶合 逻辑电路 图 1 给出了 Microwire 器件与 PIC16F877A 单片机通信的硬件原理图 该方案显示了两者之间进行通信所必需的硬件连接 ( 软件编写是基于这些连接进行的 ) 图 1: PDIP(600 MIL) PIC16F877A 和 93 系列 (MICROWIRE) 器件间的连接电路 MCLR/VPP RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2VREF- RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SSC2OUT RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 VDD VSS OSC1/CLK1 OSC2/CLK0 RC0/T10S0T1CKI RC1/T10SI/CCP2 RC2/CCP1 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 PIC16F877A 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 RB7/PGD RB6/PGC RB5 RB4 RB3/PGM RB2 RB1 RB0/INT VDD VSS RD7/PSP7 RD6/PSP6 RD5/PSP5 RD4/PSP4 RC7/RX/DT RC6TX/CK RC5/SDO RC4/SDI/SDA RD3/PSP3 RD2PSP2 Vcc CS 1 8 Vcc CLK DI 2 3 93XXXXX 7 6 PE ORG DO 4 5 Vss *CS 引脚必须连接下拉电阻以避免上电或掉电过程中产生数据错误 * 仅 93XX76X 和 93XX86X 器件有 PE 引脚 上拉电阻推荐阻值为 10 kω 左右 2005 Microchip Technology Inc. DS00975A_CN 第 1 页
工作原理 当使用 SPI 端口与 Microwire 串行 EEPROM 器件通信时, 输出到 93XXXX 器件的字节必须对齐 : 即地址字节的 LSB 位为输出数据字节的第 8 位 (LSB), 所有的位必须从右至左连续地填入字节 如果输出的位数超出 8 位, 则需要输出两个字节 该方法同样适用于任何 93XXXX 器件 由于控制 93LC66C 所需的位数超出 8 位, 所以需要使用两个连续的字节 高字节 ( 起始位 操作码位和地址 MSb) 0 0 0 0 SB OP1 OP0 A8 高字节的配置格式如下 :SB 为起始位 OP1 为操作码的 MSb,OP0 为操作码的 LSb A8 为地址字节的第 9 位, 用于寻址 512 个字节 可在输出字节前将 CS 置为高电平, 因为前导数据 0 可以避免在发送第一个高位数据前被 93XXXX 器件误认为是起始位 低字节 (8 位地址位 ) A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 低字节包含 A7-A0, 这些位为寻址 512 字节所需的其余 8 位 主器件必须在时钟的下降沿输出数据, 这样在下一个上升沿 93XXXX 器件就可以读出数据 从 93XXXX 接收数据同样需要在时钟的下降沿进行, 因为数据是在时钟的上升沿从 93XXXX 输出的 这要求 MSSP 端口的时钟相位位 (SSPCON 寄存器中的 bit 4) 的值在接收数据时与发送数据时刚好相反, 即在接收数据时置 1, 而在发送数据时清零 固件说明 程序的用途在于反映 Microwire 协议的特性和给出起始位 操作码和寻址方案的代码示例, 此代码可构成程序的基本模块 波形图显示了从 CS 有效到 CS 禁止的完整的指令执行情形 为了便于分析串行数据, 将在示波器屏幕截取图的下方附上数据手册中对应的波形图 DS00975A_CN 第 2 页 2005 Microchip Technology Inc.
写使能 图 2 给出了一个擦除 / 写使能 (EWEN) 命令的示例 当片选信号为高电平 ( 有效 ) 时, 通过 MSSP 端口发送起始位和操作码 必须在写操作开始前执行 EWEN 命令 器件在写使能后持续进行写操作, 直到执行擦除 / 写禁止命令或器件掉电为止 图 2: 擦除 / 写使能 (EWEN) TCSL CS CLK DI 1 0 0 1 1 x x 2005 Microchip Technology Inc. DS00975A_CN 第 3 页
写命令 ( 起始位 操作码 地址和数据 ) 图 3 给出了写命令的一个示例 先选择器件, 再发送高字节, 高字节包含起始位 操作码和地址的 MSb 接着发送低字节, 低字节包含地址的其他位 A7-A0 最后, 数据 ( 本例中为 0x5A) 被锁存 片选信号的翻转将会触发内部的写周期 内部写周期开始后, 通过查询 DO 引脚上的就绪 / 忙信号可以确定写操作何时完成 如果不使用查询就绪 / 忙信号的方法, 则需要增加一个 6ms 的延迟 本例中的代码使用了查询就绪 / 忙信号的方法 图 3: 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 DS00975A_CN 第 4 页 2005 Microchip Technology Inc.
就绪 / 忙信号查询 在写命令成功执行后, 通过监视 93XXXX 器件的 DO 线可以检查内部写周期是否已经开始, 以及何时写周期结束 下面的示波器屏幕截取图显示了在选择了器件之后, DO 线保持低电平约 3.8 ms, 随即器件将 DO 线拉高, 表明写周期完成 图 4: 就绪 / 忙信号查询 2005 Microchip Technology Inc. DS00975A_CN 第 5 页
读命令 ( 起始位 操作码 地址和数据 ) 图 5 给出了读命令的一个示例 先选择器件, 再发送高字节, 高字节包含起始位 操作码和地址的 MSb 之后发送低字节, 低字节包含地址的其余位 A7-A0(0x10) 此时器件准备发送数据 单片机需要发送一个空字节, 这样在发送时钟信号时就能从器件中读出数据并送入单片机 本例中读取的数据值为 0x5A 图 5: 读命令 CS CLK DI 1 1 0 An A0 DO 高阻态 0 Dx D0 Dx D0 Dx D0 DS00975A_CN 第 6 页 2005 Microchip Technology Inc.
擦除 / 写禁止命令 一旦器件写操作完成, 就必须执行写禁止 (EWDS) 命令 ( 见图 6) 该命令包含一个起始位和一个 4 位操作码 (0000) 除了地址字节的高两位 (A8 和 A7) 外, 其他的地址位 ( 本示例中设置为 0) 被忽略 地址位 A8 和 A7 用于定义操作码的第 3 位和第 4 位 在写操作完成后或器件 / 系统关闭前, 必须发送 EWDS 命令给器件 图 6: 擦除 / 写禁止命令 CS TCSL CLK DI 1 0 0 0 0 x x 2005 Microchip Technology Inc. DS00975A_CN 第 7 页
结论 以上为使用 Microchip 中档单片机的 MSSP 模块进行 Microwire 通信的一些基本特性 代码的可移植性很高, 只需稍作改动, 便可用于其他具备 MSSP 模块的器件 使用本文提供的代码, 设计人员便能够开始着手建立自己或简或繁的 Microwire 程序库 本文给出的代码在 Microchip 的 PICDEM 2 Plus 演示板上进行了测试 ( 硬件连接如图 1 所示 ) DS00975A_CN 第 8 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 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 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 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 PICMASTER 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 dspicdem dspicdem.net dspicworks ECAN ECONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylab In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Linear Active Thermistor MPASM MPLIB MPLINK MPSIM 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 2005, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 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 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 2005 Microchip Technology Inc. DS00975A_CN 第 9 页
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