嵌入式控制系統(tǒng)中I2C串行EEPROM器件應(yīng)用

I2C串行EEPROM存儲(chǔ)器因具有外形體積小、接口緊湊簡(jiǎn)單、占用引腳資源少、數(shù)據(jù)保存可靠、可在線改寫、功耗低和價(jià)格低廉等顯著特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于嵌入式控制系統(tǒng)中，用于存放配置參數(shù)、調(diào)整和運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息。但由于其為同步串行傳輸，通訊協(xié)議非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有提供更為復(fù)雜的糾錯(cuò)和檢測(cè)機(jī)制，在實(shí)踐中經(jīng)常因使用不當(dāng)造成數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)無(wú)故改寫等問(wèn)題。對(duì)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)要求非常高的系統(tǒng)， 例如計(jì)量產(chǎn)品、無(wú)人值守系統(tǒng)等，如果存儲(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生意外錯(cuò)誤，造成的損失是致命的，因此在設(shè)計(jì)使用I2C串行EEPROM存儲(chǔ)器時(shí)，更多地需要硬件和軟件相互接合，采取一些相關(guān)的處理措施，使得產(chǎn)品能夠在各種惡劣的使用環(huán)境中可靠、正確地運(yùn)行。

1 硬件處理措施

硬件處理過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：

（1）電源是一個(gè)控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基石，很多產(chǎn)品與外界的有線連接就是電源連接。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)電源電路進(jìn)行有效濾波處理，并且應(yīng)該通過(guò)EMC的試驗(yàn)檢測(cè)來(lái)降低電源紋波噪聲，抑制高頻震蕩和高壓脈沖的侵入，減少由于噪聲過(guò)大而引起的I2C串行EEPROM器件讀寫失誤。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)閷?shí)踐中很多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不知何故而發(fā)生了錯(cuò)誤，可能的一個(gè)重要原因就是電源的抗干擾能力有限，從而導(dǎo)致I2C總線干擾。

（2）由于特殊原因，盡管對(duì)電源已經(jīng)進(jìn)行了有效處理，仍無(wú)法避免電磁的干擾，在使用I2C串行EEPROM時(shí)，在I2C規(guī)范限制條件下，可以采取減小上拉電阻和使用I2C總線驅(qū)動(dòng)器提高輸出驅(qū)動(dòng)能力等措施來(lái)有效降低電磁干擾對(duì)讀寫的影響。

（3）I2C串行EEPROM 一般具有欠壓復(fù)位電路，如果微處理器欠壓復(fù)位的門限電壓高于I2C串行EEPROM，那么，由于電磁干擾造成的電壓波動(dòng)使得微處理器可能會(huì)在總線通信過(guò)程中率先復(fù)位，而I2C串行EEPROM保持其當(dāng)前狀態(tài)，導(dǎo)致總線出現(xiàn)“掛死”現(xiàn)象，使得數(shù)據(jù)傳輸不同步而出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此，應(yīng)盡量采用帶有掉電檢測(cè)功能的微處理器，設(shè)置微處理器掉電復(fù)位門檻電壓低于I2C串行EEPROM 的欠壓復(fù)位門檻，使得微處理器與I2C串行EEPROM同步復(fù)位[1]。

（4）為防止總線意外“掛死”，如果設(shè)計(jì)允許，最好能控制I2C器件的電源或選擇帶有復(fù)位引腳的器件。

（5）對(duì)于具有寫保護(hù)功能的I2C串行EEPROM，可充分利用寫保護(hù)引腳來(lái)提供硬件寫保護(hù)功能，將寫保護(hù)引腳連接到微處理器的I/O口線上，控制器件在平時(shí)處于寫保護(hù)狀態(tài)；需要寫入時(shí)，將寫保護(hù)引腳變?yōu)檫壿嫛?”。注意，寫保護(hù)引腳不能懸空，否則器件將無(wú)法正常工作。

2 軟件處理措施

在保證硬件電路設(shè)計(jì)可靠的同時(shí)，提高軟件的抗干擾能力同樣重要。在對(duì)I2C串行EEPROM進(jìn)行讀寫操作時(shí)，要從兩個(gè)方面進(jìn)行可靠性的設(shè)計(jì)，首先要保證I2C總線通訊的完整和有效性，其次就是保證I2C串行EEPROM讀寫數(shù)據(jù)的正確性。

2.1 保證 I2C總線通訊的完整和有效性措施

2.1.1 總線復(fù)位

前面講到在I2C總線通訊過(guò)程中，由于電磁干擾等因素可能導(dǎo)致總線“掛死”或通訊失效，所以在啟動(dòng)通訊前，應(yīng)先對(duì)I2C串行EEPROM器件進(jìn)行復(fù)位操作，以保證I2C總線處于暢通狀態(tài)。對(duì)于具有復(fù)位引腳的器件，提供復(fù)位信號(hào)重新復(fù)位；而對(duì)于無(wú)復(fù)位引腳的器件，若電路設(shè)計(jì)中能控制其電源，則給器件上電復(fù)位；若無(wú)法控制器件電源，則啟動(dòng)“恢復(fù)序列”復(fù)位?；謴?fù)序列操作流程為：
（1）在SCL線發(fā)送9個(gè)時(shí)鐘脈沖；
（2）由Master保持SDA線為高，直到Slave-Transmitter模式釋放SDA執(zhí)行ACK操作；
（3）在ACK操作時(shí)，保持SDA線為高；
（4）在Master-Receiver和Slave-Transmitter模式都結(jié)束后，Master發(fā)送一個(gè)Stop命令完成初始化總線[1]。

恢復(fù)序列如圖1所示。