1、EEPROM IntroductionAR硬件李東 00176431第1頁，共28頁。Page 2目錄EEPROM器件簡介I2C EEPROM器件介紹SPI EEPROM器件介紹第2頁，共28頁。Page 3 EEPROM是Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory的簡稱，中文意為：電可擦可編程只讀存儲器。所謂只讀存儲器是因為可以用管腳設(shè)置或軟件命令方式設(shè)置其工作于只讀方式，并沒有和可擦可編程的說法矛盾?？梢灾С?00萬次擦寫，數(shù)據(jù)保存100年以上。一般來說，EEPROM適用于存儲諸如初始化配置數(shù)據(jù)、單板重要信息等場合，這種場合的要求

2、是：數(shù)據(jù)存儲量比較少、訪問速率要求不高、掉電后數(shù)據(jù)不丟失。因此EEPROM，特別是串行EEPROM是最佳選擇，它還能節(jié)省單板的空間，我們公司用的都是串行EEPROM。串行EEPROM按照硬件接口的不同可以分為兩種： 1、I2C接口EEPROM； 2、SPI接口EEPROM。 以下對這兩種串行EEPROM分開來做介紹。EEPROM 器件簡介第3頁，共28頁。Page 48PIN的I2C接口EEPROM的管腳圖如圖所示： 8PIN的I2C接口EEPROM管腳 I2C接口EEPROM管腳說明第4頁，共28頁。Page 514PIN-EEPROM比8PIN-EEPROM多出來的管腳都是NC腳，并且不常

3、用，所以此處就不介紹。I2C接口EEPROM使用兩根線進(jìn)行讀寫操作，一根為時鐘線（SCL）、另一根為數(shù)據(jù)線（SDA）。SDA為雙向信號，同時由于EEPROM只能是I2C總線中的Slave，所以SCL為輸入信號。和標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線一樣，SDA的輸出為Open-drain方式。WP為寫保護(hù)管腳，高電平使能。A2:0為地址輸入管腳，用來作為EEPROM地址識別位，不同的EEPROM使用的位數(shù)不同。VCC為電源管腳，不同的EEPROM有不同的電源電壓要求。同時，不同的供電電壓支持的最高時鐘頻率也不同，電壓越高支持的時鐘頻率也越高。I2C接口EEPROM支持的最高時鐘頻率一般為100KHz400KHz。

4、GND為地管腳。I2C接口EEPROM管腳說明第5頁，共28頁。Page 6I2C接口EEPROM操作分析控制字節(jié)格式第6頁，共28頁。Page 7I2C接口EEPROM操作分析I2C接口EEPROM傳輸控制字節(jié)格式見上圖。S：開始傳輸指示。Control Code：所有I2C接口EEPROM統(tǒng)一的控制碼，4位組成“1010”。Chip Select Bits：EEPROM地址識別位，3位組成A2:0，分別對應(yīng)器件管腳A2:0的輸入電平，當(dāng)Master器件的I2C總線上掛接多片EEPROM時，可以由此做片選。但是有的EEPROM A2:0這3個管腳未用或者用了12個，那么此處地址識別位中，多余

5、的位可以用來做EEPROM內(nèi)部存儲Block選擇（如果需要的話）。R/W：讀寫命令，“1”為讀；“0”為寫。ACK：Acknowledge bit。第7頁，共28頁。Page 8I2C接口EEPROM寫操作字節(jié)寫操作（Byte Write）：字節(jié)寫操作序列見上圖。一次只寫1個字節(jié)。Master先發(fā)出Start指令，接著是控制字節(jié)EEPROM正常響應(yīng)，發(fā)出Acknowledge bit然后Master再送出要寫入的EEPROM存儲單元地址EEPROM正常響應(yīng)，發(fā)出Acknowledge bitMaster再送出數(shù)據(jù)EEPROM正常響應(yīng)，發(fā)出Acknowledge bitMaster發(fā)出Stop指

6、令，結(jié)束本次寫操作。其中地址位長度視EEPROM容量來定，按目前公司使用的EEPROM容量來看，地址不超過2個字節(jié)。第8頁，共28頁。Page 9I2C接口EEPROM寫操作頁寫操作（Page Write）：EEPROM內(nèi)有Page Write Buffer，不同容量EEPROM的Page Write Buffer大小不同（可參見表1）。Page寫時，數(shù)據(jù)先寫入Page Write Buffer，等到Master發(fā)出Stop指令后才往存儲單元寫。頁寫操作序列見上圖。跟字節(jié)寫不同的是：Master寫完1個字節(jié)后不發(fā)Stop指令，繼續(xù)送出數(shù)據(jù)，直到寫滿EEPROM的Page Write Buffe

7、r為止。EEPROM內(nèi)部有地址循環(huán)計數(shù)器，每寫入1個字節(jié)地址加1，當(dāng)?shù)刂芳拥疆?dāng)前Page的上界時，如果還繼續(xù)寫的話，地址就會回到當(dāng)前Page的下界。第9頁，共28頁。Page 10I2C接口EEPROM寫操作頁寫操作（Page Write）：以24LC08為例，它的存儲結(jié)構(gòu)為：4(block)2568(bit) ，Page Write Buffer大小為16bytes。那么Page Write時，在Control Byte指定Block選擇位“B1B0”，在Word Address指定8位地址“A7A6A5A4A3A2A1A0”。那樣“B1B0”和“A7A6A5A4”就指定了當(dāng)前Page Wr

8、ite是哪個Page，“B1B0A7A6A5A40000”為當(dāng)前Page的下界，“B1B0A7 A6A5A41111”為當(dāng)前Page的上界，而“A3A2A1A0”指定了從當(dāng)前Page的哪個單元開始寫。內(nèi)部地址循環(huán)計數(shù)器就從“A3A2A1A0”開始計數(shù)，每寫1次加1，當(dāng)計數(shù)值為“1111”時，如果繼續(xù)寫的話，計數(shù)值就回到“0000”。所以一次Page Write操作時，數(shù)據(jù)不要超過1個Page的長度，否則會造成數(shù)據(jù)覆蓋。第10頁，共28頁。Page 11I2C接口EEPROM讀操作當(dāng)前地址讀操作：當(dāng)前地址讀操作序列見上圖。Master每對EEPROM進(jìn)行一次讀/寫操作，EEPROM內(nèi)部地址計數(shù)器

9、就會加1，因此當(dāng)前地址單元為前一次訪問的下一個地址單元。Current Read方式就利用這個原則省略了地址，Master只需送出包含讀命令的控制字節(jié)就行。Master接收1個字節(jié)后，無效Acknowledge bit，并送出Stop指令，結(jié)束當(dāng)前讀操作。第11頁，共28頁。Page 12I2C接口EEPROM讀操作任意讀操作：任意讀操作序列見上圖。Master要先送出寫操作命令，并且送出地址，地址可以是任意的。Master要重新發(fā)出開始指令來結(jié)束寫操作，然后再送出包含讀命令的控制字節(jié)。Master接收1個字節(jié)后，無效Acknowledge bit，并送出Stop指令，結(jié)束當(dāng)前讀操作。第12頁

10、，共28頁。Page 13I2C接口EEPROM讀操作連續(xù)讀操作：連續(xù)讀操作序列見上圖。跟當(dāng)前地址讀/任意讀不同的是：Master接收到1個字節(jié)后，不發(fā)出Stop指令，而是繼續(xù)送出Acknowledge bit，繼續(xù)接收。每讀1次EEPROM地址計數(shù)器加1；同樣是循環(huán)計數(shù)，讀操作地址計數(shù)邊界為整片EEPROM地址邊界，不同于Page Write地址計數(shù)邊界。因此連續(xù)讀方式可以讀完整片EEPROM。第13頁，共28頁。Page 14I2C接口EEPROM讀操作Acknowledge bit檢測：執(zhí)行寫操作時，不論是Byte Write還是Page Write，EEPROM只有接收到Master發(fā)

11、出的Stop指令后，才觸發(fā)內(nèi)部的寫周期。在內(nèi)部寫周期內(nèi)，EEPROM不會響應(yīng)Master的指令。所以Master要檢測內(nèi)部寫周期什么時候結(jié)束。Master寫操作和EEPROM內(nèi)部寫周期檢測流程如下圖：第14頁，共28頁。Page 15I2C接口EEPROM讀操作Acknowledge bit檢測：第1步：Master往EEPROM寫數(shù)據(jù)。第2步：Master結(jié)束寫操作，并觸發(fā)EEPROM內(nèi)部寫周期。第3步：檢測開始，Master發(fā)出開始指令。第4步：Master發(fā)送包含寫命令的控制字節(jié)。第5步：Master檢測EEPROM送出的Acknowledge bit：如果是“0”，表示EEPROM內(nèi)部

12、寫周期已結(jié)束，可以進(jìn)行后續(xù)的操作；如果是“1”，則表示EEPROM內(nèi)部寫周期還沒有結(jié)束，這時候應(yīng)該跳回到第3步，進(jìn)行循環(huán)檢測。第15頁，共28頁。Page 16不同I2C接口EEPROM之間區(qū)別目前，公司使用Microchip公司、Atmel公司的I2C接口EEPROM。它們之間的主要區(qū)別見下表：第16頁，共28頁。Page 17SPI接口EEPROM管腳說明SPI接口EEPROM的管腳圖如圖所示：第17頁，共28頁。Page 18SPI接口EEPROM管腳說明S：片選輸入，高電平有效。C：時鐘輸入。D：串行數(shù)據(jù)輸入。Q：串行數(shù)據(jù)輸出。ORG：存儲結(jié)構(gòu)選擇，上拉或懸空時選擇為16-bit方式，

13、下拉時選擇為8-bit方式。Vcc/Vss：電源/地。不同的EEPROM有不同的電源電壓要求，同時，不同的供電電壓支持的最高時鐘頻率也不同，電壓越高支持的時鐘頻率也越高。Microchip公司的SPI接口EEPROM最高時鐘頻率能達(dá)到3MHz，Atmel公司的最高能達(dá)到2MHz，ST公司的最高能達(dá)到1MHz。PE：Program Enable，寫保護(hù)輸入，只有Microchip公司的SPI接口EEPROM才有，上拉或懸空時可以正常寫，下拉時寫保護(hù)。Atmel、ST公司的SPI接口EEPROM中該管腳為NC腳。第18頁，共28頁。Page 19SPI接口EEPROM操作分析不同容量的SPI接口E

14、EPROM操作指令中的地址碼長度不同，并且同樣的EEPROM在8-bit方式時，地址碼長度比16-bit方式時多一位。下表列出的是93LC76的操作指令集，以供參考。其中各指令的含義如下：READ：讀。EWEN：擦除、寫使能。ERASE：擦除。ERAL：全擦除。WRITE：寫。WRAL：全寫。EWDS：擦除、寫禁止。第19頁，共28頁。Page 20SPI接口EEPROM操作分析 93LC76指令集ORG=1（16-bit） 93LC76指令集ORG=0（8-bit）第20頁，共28頁。Page 21 擦除、寫禁止/使能操作指令序列擦除、寫使能指令序列如上圖左，擦除、寫禁止指令序列如上圖右。時

15、鐘未畫，后續(xù)的圖中一樣。此時數(shù)據(jù)輸出管腳為高阻態(tài)，也未畫出。當(dāng)EEPROM上電后或者執(zhí)行了擦除、寫禁止指令后，處于擦除、寫禁止?fàn)顟B(tài)，此時禁止擦除、寫操作，但允許讀操作。此時若要想進(jìn)行擦除或?qū)懖僮鳎仨毾葓?zhí)行擦除、寫使能指令。 SPI接口EEPROM擦除、寫禁止使能操作第21頁，共28頁。Page 22 讀操作序列讀操作序列見上圖。數(shù)據(jù)輸出（Q）管腳先輸出1個“0”bit，然后再由高位到低位順序輸出數(shù)據(jù)，如果是連續(xù)地讀，那么后續(xù)的輸出就沒有這個“0”Bit。16-bit或8-bit方式由ORG引腳電平選擇。只要片選（S）繼續(xù)為高，并且時鐘繼續(xù)提供，那么EEPROM地址指針會自動增加，就能連續(xù)地輸

16、出數(shù)據(jù)，這樣就能讀出整片EEPROM的數(shù)據(jù)。Atmel公司SPI接口EEPROM不支持連續(xù)讀操作。SPI接口EEPROM讀操作第22頁，共28頁。Page 23 寫操作序列寫操作序列見上圖。只寫一個指定的存儲單元。寫操作中已包含了自動擦除操作，所以不需要額外的擦除指令。16-bit或8-bit方式由ORG引腳電平選擇。SPI接口EEPROM寫操作第23頁，共28頁。Page 24SPI接口EEPROM觸發(fā)內(nèi)部Programming的條件：1、ST公司的：當(dāng)EEPROM在時鐘的上升沿完成最后一位（寫和全寫操作時為數(shù)據(jù)位，擦除和全擦除時為地址位）的采樣，片選（S）必須在下一個時鐘上升沿之前拉低，以

17、觸發(fā)EEPROM內(nèi)部的Programming。2、Atmel公司的：EEPROM完成最后一位（寫和全寫操作時為數(shù)據(jù)位，擦除和全擦除時為地址位）的采樣后就觸發(fā)內(nèi)部Programming。3、Microchip公司的：EEPROM在時鐘上升沿完成最后一位（寫和全寫操作時為數(shù)據(jù)位，擦除和全擦除時為地址位）的采樣的同時觸發(fā)內(nèi)部Programming。Master對SPI接口EEPROM是否完成內(nèi)部Programming的檢測：1、ST、Atmel公司的要求Master在片選（S）低電平保持了至少TSLSH（見前面SPI接口EEPROM傳輸協(xié)議介紹）時間，但是在EEPROM完成Programming之前

18、將其拉高，并通過EEPROM的數(shù)據(jù)輸出（Q）管腳電平來檢測是否完成Programming，Q=“0”表示Busy，Q=“1”表示Ready。 具體的片選（S）低電平時間長度可以參見芯片手冊。2、Microchip公司的在檢測EEPROM是否完成內(nèi)部Programming時，不需要Master將片選（S）拉低。SPI接口EEPROM寫操作第24頁，共28頁。Page 25 全寫操作序列全寫操作序列見上圖。往整片EEPROM里寫相同的數(shù)，不需要指定具體的地址。16-bit或8-bit方式由ORG引腳電平選擇。全寫操作中已包含了自動擦除操作，所以不需要額外的擦除指令。Microchip、Atmel、ST公司EEPROM觸發(fā)內(nèi)部Programming的條件、對是否完成Programming的狀態(tài)檢測方法，分別跟寫操作時一樣。SPI接口EEPROM全寫操作第25頁，共28頁。Page 26 擦除操作序列擦除操作序列見上圖。只擦除指定的一個存儲單元。擦除操作使得存儲單元數(shù)據(jù)變成全“1”，不需要Master輸入數(shù)據(jù)。16-bit或8-bit方式由ORG引腳電平選擇。Microchip、Atmel、ST公司EEPROM觸發(fā)內(nèi)部Programming的條件、對是否完成Programmi