Zeal Documentation - I²C EEPROM

I²C EEPROM

14.1 概述

在上一节中，我们看到 I²C 协议让我们可以拥有能够轻松与 Z80 CPU 接口的组件，同时在板上占用非常小的空间。一种非常流行的组件是电可擦除可编程只读存储器，也称为 EEPROM。

从几个字节到 256KB 不等，它们让我们拥有非易失性存储器，可用于保存小型数据，同时只需要很少的信号线：SCL、SDA 和电源。

14.2 硬件实现

在 Zeal 8-bit Computer 上，我们已经有一个非易失性存储器：NOR Flash。尽管它可以在电路内直接从 Z80 重新编程，但其对我们的主要用途是作为 ROM 存储器，包含引导加载程序、操作系统或两者。事实上，在我们的情况中，它并不打算用于存储数据，因为有一个限制：页大小。为什么？因为在内部，NOR Flash 使用 4KB 页，这意味着要写入单个字节，我们需要擦除整个 4KB 页并重新写入。当然，这需要将页临时保存在 RAM 中以防止数据丢失。不太方便。

这就是为什么 Zeal 8-bit Computer 还嵌入了一个辅助非易失性存储器：一个 EEPROM。主板可以配备 32KB 的 24LC256 或 64KB 的 AT24C512。两种情况下，它们都安装在 DIP-8 插座中，在 PCB 上标记为 U14。

此外，它们的引脚排列相同，因此在本文的其余部分，我们将考虑后者，即 AT24C512。其引脚排列如下：

信号说明如下：

$A_0$ 到 $A_2$：指定 7 位设备地址的低三位。高四位是 1010。在 Zeal 8-bit Computer 的情况下，这些引脚直接连接到 GND，因此 7 位设备地址为 0x50。请注意，$A_2$ 在 AT24C512 的数据手册中被标记为 $NC$（未连接），但在 24LC256 中不是。在这两种情况下，这对我们的地址没有影响。
$V_{cc}$ 和 $Gnd$：主电源（5V）
$WP$：写保护引脚。在我们的情况中，它连接到 $Gnd$，因此 EEPROM 从不处于写保护模式
$SCL$ 和 $SDA$：分别为 I²C 时钟和数据信号，更多信息请查看内部集成电路（I²C）章节

14.3 与 EEPROM 通信

写入 EEPROM

要向 EEPROM 写入数据，需要使用以下参数执行 I²C 写入事务：

设备地址为 0x50
2 个字节用于要写入字节的地址，MSB 优先
从上述指定地址开始写入 $n$ 个字节

向 EEPROM 发送写入命令后，它将开始处理该命令并在内部执行实际写入。在此过程中，它将停止响应任何其他 I²C 请求。换句话说，写入后，了解 EEPROM 是否再次准备好接受新请求的一种方法是使用虚拟读取命令轮询它，直到它成功回复。

例如，假设主设备想要将字节 0x45 和 0xaf 写入地址 0x2d10，请求将如下所示：

限制

我们可以注意到，可以在单个事务中写入多个字节。但是，请记住 EEPROM 也是分页的，因此不能写入跨越页边界的数据。

例如，AT24C512 具有 128 字节的页，第一页从 0x0000 开始，第二页从 0x0080 开始，第三页从 0x0100 开始，依此类推。
因此，可以从 0x0000 开始执行 128 字节的写入，但不能从 0x0075 开始执行 16 字节的写入，因为最后一个字节的地址理论上是 0x0085，这是一个与起始页不同的页。

实际上，在后一种情况下，EEPROM 会接受写入，但它会回绕当前写入地址，因此最终会将所有剩余字节写入页的开头，而不是"跳转"到下一页。

此限制在官方数据手册中有记录。

从 EEPROM 读取

要执行 EEPROM 读取，有两种模式可用：当前地址模式和随机读取模式。

当前地址模式在执行 I²C 读取操作时使用。为了确定要读取字节的地址，EEPROM 维护一个存储当前地址的内部 16 位缓冲区。在此模式下，每次读取一个字节时，该地址都会递增。

随机读取模式在执行 I²C 写-读操作时使用。为了确定要读取字节的地址，主设备必须首先发送（写入）该地址，然后立即开始读取操作，而不发出 STOP 条件。与写入模式类似，16 位地址必须MSB优先发送。此模式会改变内部当前地址缓冲区，因此也可用于设置其值。

两种模式都支持顺序读取，允许主设备检索第 1、第 2、第 3、……、第 $n$ 个字节，直到发出 STOP 为止。

例如，假设主设备想要从地址 0x2d10 开始读取 $n$ 个字节，可以使用以下写-读操作：

注意

需要注意的是，在当前地址读取模式下，数据手册没有说明上电时的初始值是什么，因此，至少在使用随机读取模式一次之后，再使用该模式会更安全。

14.4 扩展更多 EEPROM

得益于 $A_0$、$A_1$ 和 $A_2$ 引脚，可以连接最多 8 个类似的 EEPROM，这些 EEPROM 的设备地址高四位为 1010。

因此，我们可以设想一个连接到用户端口的扩展板，上面有三个 AT24C512 EEPROM，使得可用的非易失性 I²C 存储器总量达到 256KB。

这些设备的 $A_1$ 和 $A_0$ 引脚需要分别按如下方式连接：

GND，5V（0，1）
5V，GND（1，0）
5V，5V（1，1）