X25043的原理及在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用

1. 序言

　　X25043是XICOR公司的單片機監(jiān)控芯片。它把四種常用的功能：上電復(fù)位、看門狗定時器、電壓監(jiān)控和串行EEPROM功能組在單個封裝之內(nèi)。這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求。下面將分別介紹它們的功能。

2. X25043的原理

　　X25043將多種功能集成在一起，圖1是其原理框圖：

圖1 X25043原理框圖

　　其中/WP是X25043寫保護(hù)，低電平有效。

　　SI是串行數(shù)據(jù)輸入口，串行時鐘上升沿有效。

　　SO是串行數(shù)據(jù)輸出口，串行時鐘下降沿有效。

　　SCK是串行時鐘，用于控制串行數(shù)據(jù)的I/O。

　　/CS是芯片片選信號，低電平有效。

　　VCC是供電電源。

　　/RESET是輸出的復(fù)位信號，低電平有效。

　　2.1 上電復(fù)位和電壓監(jiān)控功能

　　在單片機系統(tǒng)應(yīng)用中，復(fù)位電路需要在供電電源VCC和振蕩器穩(wěn)定后能夠提供至少2個狀態(tài)的有效復(fù)位信號，對X25043來說是低電平信號。X25043可在電源和振蕩器穩(wěn)定后提供200ms的有效低電平信號，然后恢復(fù)為高電平信號。在運行過程中，X25043會時時監(jiān)控供電電源VCC。當(dāng)VCC下降到小于一個預(yù)先設(shè)定的電壓VTRIP時，/RESET輸出信號將為低電平，使單片機系統(tǒng)復(fù)位，/RESET信號一直在VCC下降到1V仍有效。在電源回升時的動作和供電復(fù)位時的動作一致。其中，VTRIP是可以通過編程進(jìn)行重新設(shè)定。

　　2.2 看門狗定時器功能

　　看門狗定時器對微控制器提供了獨立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)故障時，在可選的超時周期（timeout interval）之后，X25043/45看門狗將以 /RESET信號作出響應(yīng)。用戶可從三個預(yù)置的值中選擇此周期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。在正常的微機控制系統(tǒng)中，在每次控制任務(wù)完成后，必須對看門狗定時器進(jìn)行復(fù)位，重新開始計數(shù)。對X25043芯片，只需把/CS端口電平置一個下降沿，即可將看門狗復(fù)位。X25043的看門狗定時器有三種初始定時值可以選定，其選定可以通過設(shè)置狀態(tài)寄存器的2、3位即可。

　　2.3 串行EEPROM功能

　　電可擦除可編程只讀存儲器EEPROM可像EPROM一樣在線讀出數(shù)據(jù)。因為EEPROM內(nèi)部有擦除和改寫的專用電路，因此可在線方便地寫入和讀取。X25043/45的存貯器部分是CMOS的4096位串行EEPROM,它在內(nèi)部按512×8來組織，而且可以進(jìn)行塊鎖存（Block Lock）。塊鎖存可以保護(hù)1/4，1/2或所有EEPROM陣列，鎖存后只可讀不可寫。X25043/45的特點是具有允許簡單的三線總線工作的串行外設(shè)接口（Serial Perpheral Interface，SPI）和軟件協(xié)議。X25043/45利用了Xicor公司專有的Direct WriteTM晶片，提供最小為100,000周期/字節(jié)的使用期限（endurance）和最小為100年的數(shù)據(jù)保存期。

　　X25043的讀寫操作

　　X25043有一個8位的命令寄存器來控制其讀出和寫入的操作。操作命令通過SI端口寫入，有兩種寫操作格式需要命令寄存器，即寫入EEPROM數(shù)據(jù)和寫入狀態(tài)寄存器。讀出操作是通過SO端口的，X25043也有兩種讀出格式需要命令寄存器，即讀出EEPROM數(shù)據(jù)和讀出狀態(tài)寄存器。如圖2所示。對于狀態(tài)寄存器的讀寫，先要完成命令寄存器的操作，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭?。對EEPROM的操作，需要先寫命令寄存器，然后進(jìn)行目的地址的I/O，最后是數(shù)據(jù)的操作。所有的操作在SCK時鐘下按照SPI協(xié)議進(jìn)行。數(shù)據(jù)的I/O是從最高位字節(jié)開始的。

圖2 命令寄存器格式

　　X25043的狀態(tài)寄存器的格式如圖3所示。其中WIP是狀態(tài)指示位，只可讀，表示目前X25043是否正在忙著內(nèi)部寫工作，這在判斷EEPROM寫入完成是十分重要的。WEL位表示目前X25043是否可寫，當(dāng)WEL=0時，則X25043無法執(zhí)行寫操作。BL0和BL1的邏輯組合來控制EEPROM區(qū)域的塊鎖定（Block Lock）大小。WD0和WD1的邏輯組合則決定了看門狗計數(shù)器定時值的大小。

圖3 狀態(tài)寄存器格式

3. X25043在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　針對X25043的功能，我們可以在單片機系統(tǒng)中利用它擴展存儲空間、上電復(fù)位、看門狗定時以及電源監(jiān)控功能。圖4是X25043與單片機8051的接口電路。施密特觸發(fā)器74LS14用于時鐘脈沖整形，提高對噪聲干擾的能力。

圖4 X25043與8051接口電路

　　在這里我們可以對看門狗定時器設(shè)定值為200ms，可以通過對狀態(tài)寄存器的WD0和WD1進(jìn)行設(shè)定即可。我們必須先寫入命令寄存器，然后才可以寫入狀態(tài)寄存器設(shè)定看門狗計數(shù)器值。下面是具體匯編程序（8051）：

　　寫入8位數(shù)據(jù)子程序：（A放入寫入的8位串行數(shù)據(jù)）

　　INSB: MOV R4, #8

　　IN1: RLC A

　　CLR P1.0 ;SCK時鐘置低

　　NOP

　　NOP

　　MOV P1.1, C

　　SETB P1.0 ;SCK時鐘置高，移入數(shù)據(jù)

　　NOP

　　NOP

　　DJNZ R4, IN1

　　RET

　　設(shè)定看門狗的程序如下：

　　· · ·

　　SETB P1.3 ;片選有效

　　MOV A, #6 ;寫入命令WREN

　　LCALL INSB

　　MOV A, #1 ;寫入命令WRSR

　　LCALL INSB

　　MOV A, #20H ;寫入狀態(tài)寄存器，設(shè)置看門狗

　　LCALL INSB

　　CLR P1.3 ;片選無效

　　· · ·

4. 總結(jié)

　　作者在開發(fā)一個機器人控制系統(tǒng)時，采用了X25043芯片，充分利用了其上電復(fù)位、電壓監(jiān)控、看門狗定時器和外擴EEPROM。這樣，不僅可以簡化硬件電路和掉電數(shù)據(jù)保護(hù)，而且提高了可靠性能和抗干擾性能，具有非?？尚械氖褂眯?。