I2C-BUS监控E2PROM器件CAT24C021及应用

    摘要：ACT24C021是美国CATALYST公司生产的电源监控复位器件，它将串行E2PROM、监控复位电路、看门狗定时器集成在一体，采用该芯片中有效简化微控制器系统的设计。文中介绍了CAT240C021的功能和实际接口电路及其在应用中的注意事项。

    关键词：监控电路 CAT24C021 I2C总线 E2PROM

CAT24C021是美国CATALYST公司生产的电源监控复位器件，它是集E2PROM存储器、看门狗定时器、复位控制器三种功能为一体的芯片，在很大程序上降低了系统成本其对电路板空间的要求。其内置的看门狗定时器为微处理器提供独立的保护系统，一旦系统出现故障，在超时之后，复位信号便做出响应。其Vcc检测电路可使系统免受低电压的影响，当检测到最小工作电压时，系统将复位，直到Vcc返回到正常值为止。其存储器部件采用的是2048位串行的E2PROM，具有简单的2线I2C接口。

1 CAT24C021的结构、特点

1.1 结构

CAT24021采用8脚DIP和SOIC封装，图1为其DIP封装的引脚排列图，图2为其内部结构框图。以下为CAT24C021的引脚功能描述。

NC：空脚；

RESET：低电平复位输出信号；

WP：将该管脚接高电平，E2PROM就实现了保护（只读）；读该管脚接地或悬空，可以对E2PROM实行改写操作；

Vss：地；

SDA：串行数据/地址输入脚，用来输入输出数据。和其它的I2C总线一样，该脚为漏极开路输出，需接上拉电阻。作为输入口时，该引脚上的电平跳变将复位看门狗定时器；

SCL：串行输入输出数据时，该引脚用于输入时钟；

RESET：高电平复位输出信号；

Vcc：电源电压。

1.2 特点

CAT24C021的主要特点如下：

●数据线上的看门狗定时器占用I/O口特少；

●具有可编程的复位门槛电平；

●具有简单的2线I2C总线接口；

●400kHz高数据传送速率；

●2.7～6V的宽工作电压范围；

●采用低功耗CMOS工艺；

●采用16字节页写缓冲区；

●具有片内防误擦写保护；

●可同时提供高、低电平复位信号输出；

●具有100万次擦写周期（比其它系列串行E2PROM大一个数量级）；

●数据保存可长达100年；

●商用级、工业级和汽车温度范围。

2 工作原理

2.1 复位控制

在系统出现故障、上电/掉电期间及外部触发信号作用下，CAT24C021能够提供一个可靠的复位信号，其典型的复位脉冲宽度为200ms。

2.2 看门狗定时器

看门狗定时器为微控制器提供一个独立的保护，如果在1.6秒内SDA管脚上的电平未发生跳变，CAT24C021将会产生一个复位信号。

2.3 硬件数据信号

CAT24C021的数据保护措施保证了数据的高度完整性，具体措施有两种：

（1）具有WP写保护引脚，将WP接到高电平，存储器被写保护（只读）；

（2）当Vcc下降到复位门槛电平VTH以下时，E2PROM读写禁止。

2.4 复位门槛电平

CAT24C021具有5种不同的复位门槛电平，分别为4.50～4.75V，4.25～4.5V，3.00～3.15V，2.85～3.00V，2.55～2.70V。为了设计使用的灵活性，CAT24C021可编程将当前的复位门槛电压转换成另外四种复位门槛电压。一旦设定了门槛电压，即使重复循环上电，复位门槛电压值不会改变，除非使用编程器。

2.5 对CAT24C021 E2PROM的读写操作

除了在进行写操作时需将WP置低电平外，CAT24C021完全遵从I2C总线数据传送协议。

3 应用

在非接触IC卡收费机用FLASH存储器29C010A作为交易数据存储器，因为29C010A具有扇区操作特性，每次必须写入128个字节的有效数据，而1条交易记录只有16个字节。所以笔者把CAT24C021作为暂存区（断电数据保持），当存满128字节（即8条记录）后，再写入29C010A，这样便减少了对29C010A写操作的次数，延长了芯片使用寿命。CAT24C021擦写次数为1000000次，可写入交易数据的总记录条数为2×8×100000016000000条，以每天发生1000条交易数据，一年按365天来计算，一片CAT24C021可使用16000000÷（365×1000）=43年！

CAT24C021与I2C串行总线的E2PROM器件相同，它们都使用两线通信协议，而CAT24C01增加了写保护引脚WP，从而使器件具有较大灵活性，另外还可与其它需要高或低电平复位的微控制器或集成电路相连，在此笔者以89C51为例给出了CAT24C021与其接口的电路图，如图3所示。

89C51与CAT24C021接口应用的软件包括：发送起始位、发送停止位、发送应答位、检查应答位、字节写、字节读、复位看门狗定时器等子程序，限于篇幅，在此从略。

4 使用注意事项

（1）CAT24C021的高复位输出引脚7须下拉，低复位输出引脚2须上位，否则不能对CAT24C021的E2PROM进行正常操作；电阻通常选择2kΩ～20kΩ；

（2）CAT24C021的最小复位脉冲为130ms，可满足大多数芯片的复位要求，当要求的复位时间较长时，可增加一级单稳态触发器；

（3）CAT24C021的看门定时器溢出时间为1.6秒，如果对I2C总线的访问周期大于溢出时间，应在SDA管脚通过输入上升沿（下降沿也可）信号来复位看门狗定时器；

（4）CAT24C021除了电复位和看门狗溢出复位外，也可由外部触发信号对其复位，即2脚输入负脉冲或第7脚输入正脉冲，此功能可用于手动复位。

（5）在使用某些早期的单片机开发系统时，由于受开发系统RST的影响，CAT24C021将持续输出复位信号（即RESET引脚恒为高），而导致无法进行仿真调试，这时可暂时割断CAT24C021的RESET引脚与仿真CPU之间的连线；

（6）建议用户不要使用可编程复位门槛电压转换功能。

CATALYST公司还提供了CAT24C041、CAT24C081、CAT24C161系列产品，其功能与CAT24C021一致，但其内部的E2PROM容量分别为4k、8k、16k位，用户可根据需要选用。