EEPROM的应用

导读：1.EEPROM巧妙应用之单片机章程2.基于I2C串行通信的EEPROM在电视中的设计应用3.EEPROM的保护措施在MAXQ环境中1.EEPROM巧妙应用之单片机章程引言全球各单片机生产厂商在MCS-51内核基础上,派生了大量的51内核系列单片机,极大地丰富了MCS-51的种群,致使MCS-51单片机是目前国内应用最广泛的一种单片机型.其中STC公司推出了STC89系列单片机,增加了大量新功能,提高了51的性能,是MCS-51家族中的佼佼者.早期的单片机控制系统,采用单片机加片外EEPROM配合,来存储一些需要预置的重要参数,并在数码管上显示出来.由于单片机控制的整流器要求实时性很强,而早期EEPROM的写周期在10ms左右,因此运行参数的预置是在整流器待机的情况下进行的.而很多情况下需要在运行的同时记录数据,如用单片机控制的12脉波汽车电泳整流器要求在运行的同时实时记录重要数据,而且在掉电时不丢失.由于在12脉波整流器中运行的单片机程序,其周期必须小于1.67ms(交流电网的1个周期是20ms,除以12就是l_67ms),这就要求实时记录的时间在1ms以下甚至更短(考虑到程序的执行时间).经查阅资料发现,目前很多EEPROM达不到这个要求[1],即使时间最短的AT89S8252单片机片内.EEP-ROM的写周期也是2.5ms.本文通过对EEPROM的巧妙应用,实现了整流器在线记录数据的功能.1寻找符合要求的单片机设备使用的是Atmel公司的AT89C52(40DIP封装)单片机和EEPROM芯片2817A.要想在不改变原设备电路板的情况下完成要求的功能,就只能在兼容的MCS-51系列单片机中想办法.AT89S8252片内含有2KB的EEPROM,经编程测试发现,它虽然能实时记录数据并且断电不丢失,但是在向片内EEPROM中记录1个数据时,能引起输出电压和电流的波动,不能满足实际运行的需要.其原因是AT89S8252单片机片内EEPROM的写周期为2.5ms,超过了1.67ms的程序的执行周期,从而影响了程序的正常运行.所以执行周期是解决问题的关键.STC89C51RC/RD+系列单片机片内含有EEPROM(DataFlash),读1个字节/编程1个字节/擦除1个扇区(512字节)的时间分别为10/μs/60μs/10ms.编程1个字节的时间为60μs,远小于AT89S8252片内EEPROM2.5ms的编程时间,这为解决问题提供了思路.2问题的解决单片机STC89C55RD+(40DIP封装),其引脚、功能完全与AT89C52兼容,与MCS-51程序也兼容,片内含有20KB的Flash程序存储器,16KB的EEPROM数据存储器.把原用于AT89C52中的程序写到STC89C255RD+中,放到原设备上运行,可长期稳定地运行.经修改的在整流器中运行的单片机程序,实时记录一些数据到STC289C55RD+的EEPROM中,整流器可正常运行,但不能执行扇区擦除操作.执行扇区擦除操作将严重影响整流器的正常运行,引起输出电压和电流的很大波动.执行扇区擦除操作时,从示波器来看整流器的输出间断了20ms,电压电流显示很大的波动.用示波器捕捉到了EEPROM写时的波形,输出波形暂停了20ms,1个周波电压,电压波形如图1所示,不执行扇区擦除操作时的波形如图2所示.从图中可以看出,问题得到了很好的解决.究其原因,这与EEPROM的特点有关.STC89C5lRC/RD+系列单片机片内的EEPROM,与普通的EEPROM不同.普通的EEPROM有字节读/写功能,不需要擦除,在字节写的时候自动擦除.而STC89C51RC/RD+系列单片机片内的EEPROM,具有Flash的特性,只能在擦除了扇区后进行字节写,写过的字节中不能重复写,只有待扇区擦除后才能重新写,而且没有字节擦除功能,只能扇区擦除.3EEPROM(DataFIash)的巧妙应用基于以上EEPROM(DataFlash)不易擦除的特点,可以写后先不擦除.利用EEPROM(DataFlash)容易写、时间短(字节写只有60μs)的特点,可以充分利用其写的功能.根据汽车电泳整流器的特点:每泳1辆汽车,整流器的输出电流就从0逐渐上升到最大电流,然后又逐渐回到0.从电流的变化可以准确地识别出电泳过的车的数量.每识别出1辆车,就在EEPROM(DataFlash)的1个字节中(起始地址为0000H)写入#01H(也可以是其他数,但不能为#OFFH),然后地址自动加1,等待识别出下一辆车.这样就通过EEPROM(DataFlash)字节地址的方式,间接记录了汽车电泳整流器电泳过的车辆总数,并可在数码管上显示出来.16KB的EEPROM(DataFlash)可记录16384辆车.待将计满时,可按擦除按钮擦除EEP-ROM(DataFlash)中的所有扇区,再重新计数.如按每10分钟电泳1辆车,1天工作16小时,可连续记录16384/60/10×16)=170天.此种方法也可用于对电泳整流器连续工作时间的累计,如每10分钟记录1个数据,可连续记录16384/(60/10)=2730小时.整流器停机断电后,每次开机给单片机上电时,在初始化程序中,首先从地址#0000H读片内EEPROM的数据,如果数据不为#OFFH,地址自动加1,再读下一个字节,直到所读数据为#OFFH为止.此时EEPROM的地址指针数据,即为前面累加的电泳车辆数(或累计电泳工作时间),可在数码管上显示出来.整流器工作后,按前述结语结合上产的实际情况,在不改变原设备电路板的情况下,通过使用MCS-51系列兼容单片机STC89C55RD+,巧妙利用其片内EEPROM,实现了在整流器运行的同时记录数据的功能,切掉点情况下不丢失数据.这种方法有效地提高了原设备的功能,给用户的使用到来了极大的方便,并且通过实验验证了此方法是可行的.2.基于I2C串行通信的EEPROM在电视中的设计应用1前言近年来,数字化电视技术迅猛发展,特别是遥控系统的面市,各厂商在电视机中加人微处理器(MCU),各种人工智能化彩电完全替代了老式电视手动(机械式)控制和记忆方式.随着电视专用MCU功能日益强大,用户使用的功能日趋丰富,所需存储的数据和刷新速度不断提高,先后涌现出各种型号和规格的存储器.目前,电视机中应用最为广泛的是E2PROM.因为E2PROM保存着大量与电视机工作状态密切相关的数据,其可靠性就遥控电视而言至关重要,视为第二核心器件.E2PROM与第一核心器件(MCU)保持通信,并存储电视机的工作信息.有时由于存储数据的丢失造成重大损失,甚至导致数据无法修复.因此,在电视系统中,对于系统数据和用户数据的存储一般采用电可擦除存储器E2PROM.E2PROM具有操作简便、数据存储时间长、存储温度范围广、可擦写次数多等优点.以ATMEL公司推出的AT24CXX系列为代表的串口通信E2PROM,以其质量可靠、接口简单等优点,逐渐成为电视产品设计中E2PROM的首选器件.2AT24CXX系列简介与并行通信存储器相比,串行通信存储器以其占用很少的资源和I/O总线、体积小等优点而应用广泛.典型的串行通信E2PROMAT24CXX是I2C总线串行器件,具有工作电源宽(1.8～5.5V),抗干扰能力强f输入引脚内置施密特触发器滤波抑制噪声),功耗低(写状态时最大工作电流3mA),高可靠性(写次数100万次,数据保存100年),支持在线编程等特点.图1给出AT24CXX的内部结构框图,SDA引脚可实现双向串行数据传输,在SCL引脚输入时钟信号的上升沿将数据送入E2PROM,并在时钟的下降沿将数据读出.根据存储器空间地址的大小,AT24CXX分为C02/2K、C04/4K、C08(A)/8K、C16/16K等多种版本,各版本器件除存储空间不同外,其内部性能基本一致,用户可根据实际使用的条件合理选择相应器件.A2、A1和A0引脚为AT24CXX的硬件连接的器件地址输入引脚.一条总线上最多可挂接8个AT24C02或4个AT24C04或2个AT24C08(A)或1个AT24C16.另外,AT24CXX系列器件具有用于硬件数据写保护功能引脚.当该引脚接低电平时,允许器件正常读/写操作;当该引脚接高电平时,器件启动写保护功能.各版本器件的写保护功能说明及存储结构如表1所示.3AT24CXX在彩电中的设计及应用虽然AT24CXX外围引脚和元件数很少,接口电路简单,但在实际CRT彩电应用中,由于电视机内存在高压跳火等干扰信号,E2PROM会出现一些怪现象,导致电视机工作异常.以下给出导致电视机异常工作的主要现象.3.1非人为因素改变E2PROM部分数据这种现象表现为电视机的工作状态在某次开机后工作异常.如果在发现异常后无任何处理,将在一段时间内保持异常状态.最常见现象如系统关键数据(行、场数据)的突变,这种现象一般是由开机时显像管打火或其他原因导致I2C总线数据线工作异常产生的误操作.出现这种现象时,如果在工厂菜单或用户菜单里根据标准数据调整这些突变的数据,则可以纠正解决;如果这些突变的数据无法调整,则必须采取软件复位、E2PROM赋初始值等方法解决.从硬件上预防这种现象的方法大多是在I2C总线的SDA、SCL数据线靠近E2PROM引脚处,与地线间加稳压二极管,从而起到保护总线端口的作用,如图2中的VD1、VD2.根据长期产品跟踪的结果表明,采用此方法E2PROM数据出错率小于3‰.但是此方法只能减小寄存器数据出错率,而不能从根本上消除数据出错,但一般也不会导致E2PROM相应数据区域物理损坏.这种方法的优点是简单易行,几乎不占用器件资源.目前最科学的方法是利用E2PROM的写保护功能,AT24C08A的第7引脚是数据通信写保护引脚WP(低电平有效),将其与MCU处理器I/O接口连接,如图3所示.在E2PROM写操作期间,MCU处理器I/O接口输出低电平,E2PROM允许I2C总线写入数据,而在其他操作过程中,该I/O接口输出高电平,E2PROM不允许I2C总线写入数据.此方法成本低(省去两个稳压二极管),出错率更低,但需软件支持.根据统计,使用E2FROM写保护功能,数据出错率小于1‰.如果同时使用上述这两种方法,E2PROM数据出错率则更低,效果更佳.3.2E2PROM部分区域物理损坏常温下,短期内不会产生E2PROM部分区域物理损坏的现象.由于E2PROM在常温下的可擦写100万次.但在高温下,E2PROM的可擦写数大大降低.如果高温下频繁对E2PROM进行擦写操作,短期内易导致E2PROM部分区域物理损坏.其表现为特定数据无法正常存储,即使使用烧录器强制烧录也不能恢复.判定E2PROM部分区域物理损坏的方法:用烧录器将E2PROM中每个地址分别置0和1状态,可检查有无区域物理损坏.确认是E2PROM损坏,则必须更换新的E2PROM才能排除电视机的故障.若软件处理不当则引起这种现象.要防止这种情况发生必须从软件着手,从而避免对特定区域频繁操作.典型实例是某高清CRT彩电AFT频率自动跟踪系统及其他一些判别系统的软件设计.以AFT频率自动跟踪系统为例,当环境工作温度及电源电压变化后,高频调谐器会有一定的频率点漂移.软件设计时,频率点偏移后,软件程序应即时记录下新的频率点偏移电压值并将其数值存储到E2PROM指定地址中.高温下,由于相关器件的参数发生变化,频点会随温度升高不断漂移,使E2PROM数据刷新异常频繁,从而导致电视机在高温负荷试验中出现E2PROM物理损坏.在查明原因后,应对该软件进行修改,将实时存储频点数据方式改为频率跟踪掉电存储方式,即只在电视机关机掉电的情况下记录该数据,这样可减少E2PROM数据刷新次数,从而解决上述问题.4结语E2PROM作为一种通用存储器件,在设计时往往容易忽视一些对其细节方面的考虑,其中一些问题在设计试制阶段被发现并解决,还有一些问题是要在量产乃至售后一段时间后才暴露出来.因此,完整的现代电子产品系统,更多的是需要依靠软硬件相互