X25165芯片在8051系统中的应用

    摘要：C25165是美国Xicor公司生产的集看门狗、电压监控和串行EEPROM于一体的专用集成电路，文中介绍了X25165的结构，功能及工作原理，并以其在8051系统中的应用实例，给出了X25165与8051单片机的硬件接口电路和软件接口程序。

    关键词：单片机  看门狗  X25165  接口  软件

    美国Xicor公司生产的Z25165芯片是集看门狗、电压监控和串行EEPROM三项功能于一体的集成电路产品。该芯片的应用将有利于简化单片机系统的结构，降低系统的成本，减少对电路板的空间需求，增加系统的可靠性。

1 芯片简介

    X25165的引脚排列如图1所示，各引脚功能说明如表1所列。

    X25165使用简单的三线总线串行外设接口（SPI），对芯片进行操作的所有操作码、字节地址及写入的数据均从SI引脚输入，写入数据在串行时钟（SCK）的上升沿被锁存，从芯片读取的数据从SO引脚串行移出，并在串行时钟的下降沿输出数据。

    芯片的看门狗定时器和Vcc电压监视器都对微处理器提供独立的保护，当系统发生故障时，只要看门狗定时器达到其可编程的超时极限，RESET引脚立即自动产生一个持续200ms的高电平复位信号。当电源电压Vcc降到4.5V以下时，RESET引脚立即自动产生主电平复位信号，并一直保护到电源电压恢复正常。在系统电源上电或掉电时，RESET引脚也立即自动产生一个高电平复位信号。这样，就能有效地防止系统死机、数据误写及误操作等故障现象的发生。

表1 X25165芯片在8051系统中的应用

    X25165芯片内部有2k×8位的串行EEPROM，每个字节可以擦写10万次以上，内部数据可以保存100年以上。应用时，可以通过编程对指定的块进行锁定，以防止由于误操作等原因破坏保存的数据。

2 工作原理

2.1 指令

    X25165共有七条指令（见表2），对芯片的所有操作都需要通过对指令寄存器写命令来完成，所有的指令、地址、数据均以高位在前的方式（MSB）串行传送。

表2 指令集

2.2 状态寄存器

    X25165内有一个八位状态寄存器，在任何时候都可以通过RDSR指令来读取状态寄存器的内容，也可以通过WREN，SFLB，WRSR等指令来设置状态寄存器中的某些位。状态寄存器的格式如下：

    WIP：是一个只读位，用于指示芯片是否正忙于内部非易失性的写操作。

    WEL：写使能，指示当前写使能锁存器的状态；

    BL1、BL0：设置EEPROM的块保护地址范围，见表3；

表3 块保护地址范围

    WD0、WD1：选择看门狗的超时周期，见表4；

表4 看门狗定时器的超时周期

    FLB：只读位，指示一个易失位的状态，可用SFLB和RFLB指令进行置位和清零，上电时该位自动清零；

    WPEN：为非易失位，可用WRSR指令进行编程，该位和WP引脚配合使用能以编程方式实现对硬件的写保护（见表5）。当WP引脚为低电平且WPEN位被置位时，所有状态寄存器的写操作被禁止。

表5 块保护矩阵

3 芯片应用

3.1 硬件接口电路

    在一个8051单片机系统中可按照图2的连接方式使用该芯片。

3.2 软件接口设计

    根据图2的连接方式，笔者编写了七个实用的应用接口程序，供大家参考。

    a.串行输出了程序

    将累加器A中的数据按照高位在前的顺序（MSB）串行输出至X25165芯片中。

    WD-OUTB：MOV R7，#08H；有8位数据要传输

    WD-OUTB1：CLR P1.2；使SCK为低电平

    RLC A ；将输出位移入C

    MOV P1.1，C；进位位移入SI

    SEIB P1.2；使SCK位为高电平

    DJNZ R7，WD-OUTB1；判断循环是否结束

    CLR P1.1；清SI

    RET

    b.串行输入子程序

    将1字节的数据按照高位在前的顺序（MSB）从X25165中串行读入累加器A中。

    WD-INB：MOV R7，#08H；有8位数据要接收

    WD-INB1：SETB P1.2；产生SCK脉冲

    CLR P1.2 ；

    MOV C， P1.0 ；S0移入进位位C

    RLC A ；累加器A带进位位去移

    DJNZ R7， WD-INB1；判断循环是否结束

    RET

    c.读状态寄存器子程序

    用于从X25165中读状态寄存器内容，读出的内容存放在A中。

    WD-RD-SR：CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    CLR P1.3 ；芯片选择CS有效

    MOV A，#05H ；RDSR指令送累加器A

    LCALL WD-OUTB ；输出RDSR指令

    LCALL WD-INB ；读取状态寄存器内容

    CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    SETB P1.3 ；芯片选择CS无效

    RET

    d.写状态寄存子程序

    该子程序可以设置块保护地址范围和可编程看门狗定时器超时周期。子程序中需要先使片选信号有效，然后用WREN指令设置写使能锁存器，8位指令输出后必须将片选信号拉高，这样才能使命令生效。同样，数据输出完成后也必须将片选信号拉高。

    WD-WR-SR：CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    CLR P1.3 ；芯片选择CS有效

    MOV A， #06H ；WREN指令送累加器A

    LCALL WD-OUTB ；输出WREN指令

    SETB P1.3 ；使CS为高电平

    CLR P1.3 ；芯片选择CS有效

    MOV A，#01H ；WRSR指令送累加器A

    LCALL WD-OUTB ；输出WRSR指令，置状态寄存器

    MOV A，#10H；无块保护，超时周期；800ms

    LCALL WD-OUTB ；输出状态寄存器内容

    CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    SETB P1.3 ；使CS为高电平

    RET ；

    e.读存储单元内容子程序

    从X25165的串行EEPROM中读指定单元内容，需要先发送READ指令和16位地址，指定地址单元的数据在SCK脉冲的作用下就会从S0引脚依次移出。

    WD-RD-DATA：CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    CLR P1.3 ；芯片选择CS有效

    MOC A，#03H ；READ指令送累加器A

    LCALL WD-OUTB；输出READ指令

    MOV A，DPH；高位地址送累加器A

    LCALL WD-OUTB ；输出高位地址

    MOV A，DPL ；低位地址送累加器A

    LCALL WD-OUTB ；输出低位地址

    LCALL WD-INB ；读取（DPTR）单元的数据

    MOV R4，A ；数据送R4

    LCALL WD-INB ；读取（DPTP+1）单元的数据

    MOV R5，A ；数据送R5

    CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    SETB P1.3 ；芯片选择CS无效

    RET

    f.写存储单元内容子程序

    该子程序向芯片内EEPROM的指定起始地址写入数据，与写状态寄存器子程序一样，程序中需要先输出WREN指令设置写使能锁存器。然后，按高位在前的顺序输出存放于DPTR中的16位地址和存放于R5、R4中的16位数据。最后，要循环检测状态寄存器的WIP位，直到芯征内容的写操作完成，以确保数据被安全可靠地写入芯片。

    WD-WR-DATA：CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    CLR P1.3 ；芯片选择CS有效

    MOV A，#06H ；WREN指令送累加器A

    LCALL WD-LUTB ；输出WREN指令

    SETB P1.3 ；使CS为高电平

    CLR P1.3 ；芯片选择CS有效

    MOV A，#02H ；WRITE指令送累加器A

    LCALL WD-OUTB ；输出WRITE指令

    MOV A，DPH ；输出高8位地址

    LCALL WD-OUTB ；

    MOV A，DPL ；输出低8位地址

    LCALL WD-OUTB ；

    MOV A， R4 ；输出低8位数据

    LCALL WD-OUTB ；

    MOV A，R5 ；输出高8位数据

    LCALL WD-OUTB；

    CLR P1.2 ；使SCK为低电平

    SETB P1.3 ；使CS为高电平

    WD-WIP-POLL：LCALL WD-RD-SR ；读状态寄存器

    JB ACC.0， WD-WIP-POLL

    ；检测WIP位

    RET

    g.看门狗定时器复位子程序

    只要在设定的看门狗定时器超时周期以内执行子程序并向芯片的CS引脚发送一个下降沿，看门狗就不会产生复位输出信号。

    WD-EAT：SETB P1.3 ；

    CLR P1.3 ；产生CS下降沿脉冲

    SETB P1.3 ；

    RET

    笔者在设计车轮径轴向位移检测仪时使用了X25165芯片，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性，使用过程中保存的数据从未发生丢失现象，使用结果令人满意。