原标题：单片机24C02 EEPROM解析

在实际的应用中,保存在单片机 RAM 中的数据,掉电后就丢失了,保存在单片机的FLASH 中的数据,又不能随意改变,也就是不能用它来记录变化的数值。但是在某些场合,我们又确实需要记录下某些数据,而它们还时常需要改变或更新,掉电之后数据还不能丢失,比如我们的家用电表度数,电视机里边的频道记忆,一般都是使用 EEPROM 来保存数据,特点就是掉电后不丢失。我们板子上使用的这个器件是 24C02,是一个容量大小是 2Kbits,也就是 256 个字节的 EEPROM。一般情况下,EEPROM 拥有 30 万到 100 万次的寿命,也就是它可以反复写入 30-100 万次,而读取次数是无限的。

24C02 是一个基于 I2C 通信协议的器件,因此从现在开始,我们的 I2C 和我们的 EEPROM就要合体了。但是大家要分清楚,I2C 是一个通信协议,它拥有严密的通信时序逻辑要求,而 EEPROM 是一个器件,只是这个器件采样了 I2C 协议的接口与单片机相连而已,二者并没有必然的联系,EEPROM 可以用其它接口,I2C 也可以用在其它很多器件上。

【24C02】

串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存储器件,遵循二线制协议,由于其具有接口方便,体积小,数据掉电不丢失等特点,在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。随着世界上各公司对该器件的开发,市场上推出了许多牌号的24C02器件,甚至还有一些冒牌的24C02器件,这样就使批量生产的单片机控制系统的质量出现时好时坏的问题。笔者经过大量的设计实践和试验摸索找出了24C02在应用中之所以出现数据被冲掉的原因,并总结了一套保护24C02数据安全的软硬件设计方法。

主要应用:

1. 不同牌号24C02的性能区别

24C02与单片机的接口非常简单,E0,E1,E2为器件地址线,WP为写保护引脚,SCL,SDA为二线串行接口,符合I2C总线协议。在一般单片机系统中,24C02 数据受到干扰的情况是很少的,但是随着单片机抗干扰性能的变差,以及恶劣工业环境中单片机系统的应用,一些智能单片机控制系统相继出现24C02数据被冲掉的问题,而且随着单片机的牌号以及24C02的牌号不同而出现不同程度的干扰现象。以前通过简单的器件之间替换比较,发现不同牌号的24C02其抗干扰性能是不一样的,于是就认定24C02器件存在"质量"好坏的问题。后来在一次偶然的机会里,发现有些24C02的WP引脚并不起到保护作用,也就是说将 WP引脚与CPU输出引脚断开并保持高电平的情况下,CPU仍然能够对24C02中的数据进行修改写入!在惊讶之余,笔者收集了许多不同牌号的24C02 进行试验,除了基本的读写功能外,还对地址功能以及WP引脚保护功能进行了全面的检测,发现一种ATMEL(激光印字)以及XICOR牌号的24C02具有全面的符合I2C总线协议的功能,而有些牌号24C02要么没有WP引脚保护功能,要么没有器件地址功能(即2 片24C02不能共用一个I2C总线),有些甚至两种功能均无。所以说一些同样功能型号的电子器件在兼容性上往往会带来意想不到的问题,值得引起注意。

2. 24C02器件的选用

无论是智能仪器仪表还是单片机工业控制系统都要求其数据能够安全可靠而不受干扰,特别是一些重要的设定参数(如温度控制设定值)受到干扰后变成一个很大的数字,这时就有可能发生烧箱毁物的破坏性后果,给生产和经济带来损失,因此必须选用可靠的24C02器件作为数据储存单元。

对于只用一片24C02器件的系统,因为不需要分辨不同的地址,只要WP保护功能正常就可以了,这只要断开WP与CPU连线且保持高电平,再试一下系统数据读写功能是否正常就可以了。而这一点对软件抗干扰技术也是至关重要的。一般来说,同种牌号的24C02器件性能是一样的,可以采用抽样试验决定取舍;对于有2片24C02以上的系统,必须严格检查其器件寻址功能,这可以轮流拨下其中一片24C02器件,检查相应的数据存取功能,若没有交叉出错现象则可以选用。

3. 提高24C02数据安全的软件措施

(1)建议数据以十进制BCD码方式存入24C02,这样可以提高有效数据的冗余度,即24C02中的存储单元其有效数据为0-9,大于9则为无效数据。这样,在数据写入24C02之前就可以插入校验子程序,对预备写入的数据进行检查,若该RAM数据已经受到干扰,其值大多数应落在大于9的范围内(可能性百分比系数为246/256),故此当数据大于9时就禁止执行写入24C02的子程序,以免错误数据写入24C02,而对正常需要修改的参数无影响。

(2) 24C02中数据保持冗余度后,还可以对读出数据进行检查,若为大于9的非正常数据,说明24C02中数据已经受到干扰,此干扰值是绝对不能用的,对于特定的系统可以采取不同的方法,比如带温度控制的培养箱等系统,如其温控范围为0～50℃,则数据出错后,读入值可能变成200℃或更高值,这是非常危险的,针对这种情况可以将设定值硬性规定为某一个安全值比如25℃,因为不知道原先设置的参数值,这也是无可奈何的事情。

(3)对写入24C02子程序设置软件口令,口令符合可以执行写入,否则拒绝写入。具体做法是:设置写口令寄存器EPSW,按正常CPU执行程序的脉络,找出所有的数据写入24C02前的必经之路,比如,一般下在功能键按下后经过一些数据处理,最终将要保存的参数写入24C02,这时可以在键扫描子程序里,当有键输入时,对写口令寄存器EPSW置数5AH,然后在写24C02子程序中紧跟指令CLR WP后插入检查口令语句,判断EPSW值若为5AH,则允许继续执行,否则立即返回,不许执行写入数据。当正确执行完写入24C02子程序后需对EPSW 清0,并且在主程序适当的地方加上EPSW清0指令,反复冗余执行。这样程序受到干扰时,EPSW多数为0,即使EPSW数受到干扰时,也很少有机会刚好等于5AH,使错误数据非正常写入24C02的机会大大减少。

数据写入24C02子程序插入口令形式:

WRIT: CLR WP

MOV R1, #EPSW

MOV A, @R1

CJNE A, #5AH,WERR

…… ;

数据写入24C02操作部分:

WERR: SETB WP

MOV R1, #EPSW

MOV @R1, #0

RET

4.保护24C02数据的硬件措施

在某些干扰特别严重的场合,24C02数据还是有可能被冲掉,最彻底的方法是利用硬件来干预写入数据过程。一般情况下,是将WP引脚与CPU引脚断开,而与功能键连接起来,功能键没按下时,WP保持高电平,只有功能键按下时,WP才是低电平,允许写操作。当然,这样一来对于某些过程量需要程控存入 24C02时就办不到了,这也是利用功能键同步保护24C02数据的一种不方便之处。

如果写入24C02的数据跟2 个按键有关,则可以用二极管隔离,采用如图2的形式。

这样两键本身互不影响,而任一键按下都能使WP变低,使数据写入操作有效,对于多键关联,依此类推多放几个二极管隔离就可以了。

5.结束语

以上所述的软硬件措施在具体的单片机控制系统中可以灵活应用,硬件联锁保护比较彻底,但是单独通过程序修改24C02中的某些数据就不可能了;软件保护比较灵活,可以随时对控制过程中处理的数据存入24C02,以达到掉电保存的目的。在笔者设计的智能光照箱单片机控制系统中,由于日光灯起动和压缩机起动及关断时的电源高频干扰,系统的温度设定值及时间设定值曾经经常发生变化,采用上述软硬件并用的措施后系统运行稳定可靠,再也没有发生设定数据被冲掉的现象。

6、重要补充(郭天祥教授)

在使用了N多个厂家24c02后发现:很多厂家的的Twr时间不一样,这样会导致有些开发工程师软件设计上带来麻烦,顺便说下Twr时间是上一次写记忆到下一次写记忆的间隔时间,英文资料里要求24c02内部写数据最大时间为10ms,也就是说在软件设计时,应该把2次写记忆时间间隔控制在大于Twr时间即间隔大于10ms,这样就不会有问题了,不同的芯片Twr时间相差很大,ATMEL24C02为标准的芯片Twr实际在2ms左右,其他杂牌24C02芯片Twr实际时间一般都在4ms以上,所以建议各位工程师设计时Twr时间一定要控制在大于Twr时间,否则即使会在批量时暴露问题,所以在选用24C02芯片时,这项功能也可以检测下,Twr时间越小越好,也就是说24C02内部写数据速度更快。

特点:

1.宽范围的工作电压1.8v~5.5v

2.低电压技术:

1mA典型工作电流

1uA典型待机电流

3.储存器组织结构

4.2线串行接口,完全兼容I2C总线

5.施密特触发输入噪声抑制

6.硬件数据写保护

7.内部与周期(最大5ms)

8.自动递增地址

9.可按照字节写

10.esd保护大于2.5kV

11.高可靠性:

--擦写寿命:100万次 数据保持时间:100年

12.无铅工艺,符合RoHS标准

应用领域:

—智能仪器仪表

—工业控制

—家用电器

—计算机 、笔记本电脑

—汽车电子

—通信设备