使用 C30 编译器进行 SPI 串行 EEPROM 与 dspic33f 和 PIC24F 的接口设计 AN1096 作者 : 引言 Martin Kvasnicka Microchip Technology Inc. Microchip 的 25XXX 系列串行 EEPROM 均与 SPI 兼容, 其最大时钟频率在 3 MHz 到 20 MHz 的范围内 许多时候, 当设计利用串行 EEPROM 器件的应用时, 使用不带遵守特定协议的专用串行端口的单片机是有好处的 这有若干可能的原因, 包括尺寸或成本的限制 在这些情况下, 需要设计人员编写能够生成用于与 EEPROM 器件通信的信号的软件程序 本应用笔记提供帮助以及源代码, 用以简化在不使用硬件串行端口的情况下, 进行 Microchip dspic33f 数字信号控制器与 Microchip SPI 串行 EEPROM 的接口设计过程 图 1 所示为 Microchip 的 25XXX 系列器件和 dspic33f DSC 或 PIC24F PIC 单片机进行通信的接口硬件原理图 原理图显示了测试时 DSC 或 PIC MCU 和串行 EEPROM 之间必要的连接, 软件的编写是参照上述连接进行的 由于未在所提供的示例中使用写保护和保持功能, 所以 WP 和 HOLD 引脚通过电阻连至 VCC 图 1: dspic33f256gp710 PIC24FJ128GA010 和 25XXX 系列器件的电路图 100 引脚 TQFP dspic33fj256gp710 PIC24FJ128GA010 VSS VDD U1CTS/CN20/RD14 U1RTS/CN21/RD15 U2RX/CN17/RF4 U2TX/CN18/RF5 SDA1/RG3 1/INT0/RF6 SDI1/RF7 SDO1/RF8 U1RX/RF2 U1TX/RF3 WP Vss 1 2 3 4 25XXX 8 7 6 5 Vcc HOLD Vcc 注 : WP 和 HOLD 引脚需要外接上拉电阻 (~10 千欧 ) 2008 Microchip Technology Inc. DS01096B_CN 第 1 页
固件说明 固件程序用于显示 SPI 协议的各个功能, 并给出指令和寻址机制的代码示例, 从而可以展示程序的基本构建模块 固件可执行以下操作 : 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 查询另外, 也可执行以下操作, 但没有明确说明 : 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 读状态寄存器 写状态寄存器低密度程序适用于容量小于等于 4K 的采用单字节寻址的器件 高密度程序适用于容量大于等于 8K 的采用双字节寻址的器件 该程序还显示了在字节写操作和页写操作之后, 使用 WIP 查询功能检测写周期是否完成 在每次写操作完成后直接进行读操作, 这样可验证数据是否被正确写入 这里未提供显示输入数据的方法, 但可使用 SEEVAL 32 评估系统 示波器或 Microchip MPLAB ICD 2 来显示数据 低密度代码使用了 25LC040A 串行 EEPROM 进行测试 该器件的存储器容量为 512 x 8 位 (4 Kb), 每页 16 字节 高密度代码使用了 25LC256 串行 EEPROM 进行了测试 该器件的存储器容量为 32K x 8 位 (256 Kb), 每页 64 字节 本应用笔记中仅对低密度操作进行说明 为方便阅读, 对示波器屏幕截图做了标注 数据手册中的波形图显示在示波器屏幕截图的下方 所有的时序设计均满足数据手册规范, 并使用 8 MHz 晶振为 dspic33f DSC 和 PIC24F 提供时钟 如使用其他时钟, 可能需要修改代码以避免违反时序规范 除非另外声明, 否则本应用笔记中的所有值均为十进制值 DS01096B_CN 第 2 页 2008 Microchip Technology Inc.
写使能 图 2 给出了写使能命令的示例 片选信号被拉为低电平 ( 有效 ), 且操作码 (0x06) 被送出 在尝试对阵列或者状态寄存器进行写操作之前, 必须发出写使能命令, 以将 WEL 位置 1 WEL 位可通过执行一个写禁止命令 (WRDI) 来清零, 或者在器件断电或一个写周期完成时自动复位 图 2: 写使能 (WREN) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 1 1 0 高阻态 2008 Microchip Technology Inc. DS01096B_CN 第 3 页
读状态寄存器以检查 WEL 位 图 3 给出了使用读状态寄存器命令检查 WEL 位的示例 在尝试对状态寄存器或阵列进行写操作之前, 必须将 WEL 位置 1 在尝试进行写操作之前检查是否已将该位置 1, 是一个很好的编程习惯 再次选择器件, 并发送操作码 0x05 状态寄存器的内容从串行输出引脚送出 值 0x02 表明状态寄存器中的 WEL 位已置 1 器件现在已准备好对状态寄存器或阵列进行写操作 图 3: 读状态寄存器以检查 WEL 位 (RDSR) 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 状态寄存器的数据 7 6 5 4 3 2 1 0 DS01096B_CN 第 4 页 2008 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 ) 来选择器件 在此示例中, 地址高位为 1 将此位嵌入操作码中 ( 写命令为 0x02) 并发送值 0x0A 然后发送低地址字节 (0x33) 最后移出数据 ( 此示例中为 0xCC) 一旦片选在该命令结束时翻转, 内部写周期就将启动 写周期开始后, 就对状态寄存器的 WIP 位进行查询, 以确定写操作何时完成 如果不使用查询, 则需要添加一个延时 ( 约 5ms), 以确保写操作已完成 该代码使用 WIP 查询 页写操作是通过连续将数据字节发送到器件而无需翻转 完成的 在启动写周期之前, 可最多写入 16 字节到 25LC040A 一旦数据字节传输完成, 就被拉为高电平, 写周期定时器开始工作, 开始正常的查询操作 固件中提供的页写功能用来对 16 字节数据进行编程, 从地址 0x150 处开始 由于页写操作无法跨页边界进行, 因此必须小心, 以避免数据写满返回到页首从而覆盖了现有的数据 图 4: 字节写命令 地址和数据 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 2008 Microchip Technology Inc. DS01096B_CN 第 5 页
数据查询 (RDSR 查询 WIP 是否已置 1) 给出有效的写命令后, 可对状态寄存器进行读操作, 以检查是否已启动内部写周期, 并可持续监视直到写周期结束 在这种情况下, 选择器件, 并发送 RDSR 操作码 (0x05) 然后将状态寄存器的内容从串行输出 (Serial Out,) 引脚移出, 所产生的值为 0x03 图 5 显示了 WEL 位 (bit 1) 和 WIP 位 (bit 0) 均被置 1, 这表明写周期在进行 图 5: 数据查询 ( 读状态寄存器以检查 WIP 位 ) 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 状态寄存器的数据 7 6 5 4 3 2 1 0 DS01096B_CN 第 6 页 2008 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, 直到该位被清零 图 6 显示了执行状态寄存器读命令, 及随后从串行输出引脚 () 移出值 0x00 这表明写周期已结束, 器件现已准备好执行其他命令 WEL 位在写周期结束时也将清零, 这可提供额外的保护以避免意外写入操作 图 6: 数据查询结束 (RDSR WIP 和 WEL 位清零 ) 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 状态寄存器的数据 7 6 5 4 3 2 1 0 2008 Microchip Technology Inc. DS01096B_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, 应先选中器件 与写命令相同, 地址高位也为 1 因此, 与读操作码 (0x03) 结合使用时, 发送值为 0x0B 然后发送低 地址字节 0x33 最后通过串行输出 () 引脚移出数据 ( 在此示例中为 0xCC) 为了连续读取数据, 需要生成更多的时钟脉冲 通过持续为器件提供时钟, 可读取整个芯片 当到达阵列的末端时, 会返回到阵列的开始处 ( 地址 0x000), 继续读出数据, 直到取消选定 或停止提供时钟 图 7: 读命令 地址和数据 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 0 0 0 0 A8 0 1 1 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 忽略 23 高阻态 数据输出 7 6 5 4 3 2 1 0 DS01096B_CN 第 8 页 2008 Microchip Technology Inc.
更换处理器 本应用笔记的代码是为简化处理器之间的更换而编写的 但是, 要完成处理器之间的更换需要执行几个步骤 本应用笔记使用两个处理器 (dspic33fj256gp710 和 PIC24FJ128GA010) 进行测试 如果您想使用其他处理器, 请在使用此代码时查询特定器件的数据手册, 以检查任何其他潜在的问题 如先前所述,Explorer 16 开发板可用于此应用笔记 ( 连接方式如图 1 所示 ) 更换处理器需执行以下四个步骤: 1. 必须用所需的处理器模块替换 Explorer 16 开发板上的当前处理器模块 请确保此期间断开了电源 2. 必须在 an1096.h 文件第 42 和 43 行的 #define 语句中选择或注释掉所需处理器 3. 在 MPLAB IDE 中, 通过 Configure>Select Device... 选择新处理器 4. 需要添加 / 删除所需处理器的链接文件 如果没有执行此步骤, 虽然不会阻止代码编译, 但编译器可能会产生一些不希望出现的警告 结论 以上是在 Microchip 的 dspic33f 或 PIC24F 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 该代码具有高度可移植性, 稍作修改就可用于许多 dspic DSC 中 使用所提供的代码, 设计人员可以开始构建自己的 SPI 程序库, 其繁简程度可根据需要自行确定 代码在 Microchip 的 Explorer 16 演示板 ( 连接方式如图 1 所示 ) 上经过了测试 2008 Microchip Technology Inc. DS01096B_CN 第 9 页
注 : DS01096B_CN 第 10 页 2008 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 KEELOQ 徽标 MPLAB PIC PICmicro PITART PRO MATE 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 Linear Active Thermistor 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 dsspeak ECAN ECONOMONITOR FanSense In-Circuit Serial Programming IP ICEPIC Mindi MiWi MPASM MPLAB Certified 徽标 MPLIB MPLINK mtouch PICkit PICDEM PICDEM.net PICtail PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool REAL ICE rflab Select Mode 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 2008, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 与位于俄勒冈州 Gresham 的全球总部 设计和晶圆生产厂及位于美国加利福尼亚州和印度的设计中心均通过了 I/TS-16949:2002 认证 公司在 PIC MCU 与 dspic DSC 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 2008 Microchip Technology Inc. DS01096B_CN 第 11 页
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