三线制Microware同步串行EEPROM在MCS-51单片机上的运用

1 三线制Microware串行总线

　　三线制Microware同步串行总线接口是 NationalSemicondutor公司在其生产的COP系列和HPC系列微控制器上采用的一种串行总线，它使用的三根信号线分别为数据输入线 SI、数据输出线SO和时钟信号线SK。由于三线制Microware总线只需3～4根数据线和控制线即可扩展具有三线制Microware总线的各种 I／O器件，而并行总线扩展方法却需要8根数据线、8～16根地址线和2～3位的控制线，因此，使用三线制Microware串行总线可以简化电路设计，提高设计的可靠性。

2 三线制Microware总线的EEPROM

　　EEPROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器，它既有 RAM在联机操作中可读可改写的特性，又具有非易失性存储器ROM在掉电后仍然能保持所存储的数据的优点。93C06／46／56／66是采用CMOS工艺制成的分别为64／128／256／512×8位或16／64／128／256×16位8引脚的可支持三线制Microware串行总线的 EEPROM，其自定时写周期的自动擦除时间不超过10ms，Microchip公司的串行EEPROM的擦除和写入一个字节的时间可缩短到2ms以下，擦除／写入周期寿命一般都可达到10万次以上，有的产品（如NS公司和Microchip公司的产品）已可达到100万次，片内写入的数据保存寿命可达 40年以上。这些三线制Microware总线的EEPROM一般采用单一＋5V电源供电，低功耗时工作电流仅400μA，备用时为25μA，同时具有三态输出，并可与TTL电平兼容。

　　NM93C06／46／56／66是National Semiconductor公司的产品，与其兼容的有Microchip公司的93C06／46／56／66（4．5V～5．5V）、 93LC46／56／66（2．0V～6．0V）、93AA06／46／56／66和Atmel公司的AT93C46／56／66等产品，其中 AT93C66的引脚排列如图1所示。各引脚说明如下：

　　CS：片选信号；
　　SK：串行时钟输入信号，同时也是微处理器与EEPROM之间通信的同步信号，数据在它的上升沿锁定有效；
　　DI：数据输入；
　　DO：数据输出；
　　ORG：Microchip公司产品特有引脚。该引脚接Vcc时，器件的内部存储组织结构以16位为一个单元；接GND时，器件的内部存储组织结构以8位为一个单元。

　　该芯片有7种指令，其中5种指令集的安排如 表1所列，此外，还有整片写指令（WRAL－Write All）和整片擦除指令（ERAL－Erase All）。应当说明的是：在操作码为00时，为了区分不同指令，通常借用地址的前两位来识别。

　　不同型号的EEPROM有不同的存储空间，93C66有512字节的存储空间，其地址为 A8～A0，在编程时，A8可以作为操作指令字节的最后一位，如果需要读93C56中某个存储单元（8位）中的数据，其读指令为0000110A8，地址码为××××××××，此时，如果A8为0，则地址为00H…FFH，如果A8为1，则地址为100H…1FFH，而93C06／46／56的存储空间不超过256个字节，其A8始终为0。

　　有关93C06／46／56／66的具体操作时序可参考有关文献［1］。

3 在MCS－51单片机上的应用

　　串行EEPROM技术是一种非易失性存储器技术，它是嵌入式控制解决方案中的先进技术，可在MCS－51单片机应用系统中用于数据的掉电保护、在线设置参数的存储、用户在线编程查表法中的表格存储，以及在微控制器的I／O线较少情况下的应用等。

　　MCS－51系列单片机没有三线制Microware串行总线接口，当它与 93C06／46／56／66等具有三线制Microware串行总线的EEPROM连接时，应使用相应的软件来模拟三线制Microware串行总线的操作，其中包括串行时钟、数据输入和数据输出。图2为串行EEPROM芯片AT93C66与AT89C51单片机的硬件连接图，图中的R为上拉电阻， AT89C51的P1．0口用于模拟AT93C66的片选端CS，P1．1口模拟AT93C66的时钟输入端SK，P1．2口模拟它的数据输入端 DI，P1．3口模拟数据输出端DO（DI和DO也可以连接在一起）。当在时钟的上升沿第一次检测到CS和DI都为高电平时，可启动AT93C66。在写操作时，首先使AT89C51的P1．1由低变高并产生一个脉冲，再在脉冲的上升沿将1 位数据（先为高位）从P1．2输出到AT93C66中，并清P1．1为0，然后再置P1．1为1，随之P1．2又输出1位数据……依次循环8次， AT89C51便可完成1个字节的输出操作。在写入周期完成后，P1．0由高变低，并在保持最少100ns后变为高电平，这时93C66的DO线用来表示芯片的状态，DO为1表示数据已写入指定的地址中，D0为0则表示正在编程。利用AT89C51可通过查询P1．3的状态来决定是否继续操作，读操作时， P1．1由低变高，AT89C51经P1．3从AT93C66读入1位数据，并循环8次，然后读入1个字节，下面是根据操作时序写出的AT90C51与 93C66连接时的模拟三线制Microware串行总线的操作源程序。

　　首先根据AT93C66的指令集，规定如下指令格式：
　　指令格式：00001××A8，其中1为起始位，××为操作码，A8为第9位地址码；
　　读指令（READ）：00001100，即0x0c（如果对93C66的100H…1FFH地址空间操作，则指令最后一位为1，写和擦除指令均如此）； 写指令（WRITE）：00001010，即0x0a 擦除指令（ERASE）：00001110，即0x0e
　　擦／写允许指令（EWEN）：0000100110000000，即0x0980，该指令分两次写入。

　　本程序可用C51语言编写，具体代码如下（不包括整片写和擦除功能）：

[page]