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AVR应用笔记 AVR单片机内核剖析 ATmega16 EEPROM数据存储器

ATmega16 EEPROM数据存储器

以下资料参考马潮老师的中文手册,由微雪电子整理并发布,转载请注明出处:www.waveshare.net,否则追究相应责任!

ATmega16 包含512 字节的EEPROM 数据存储器。它是作为一个独立的数据空间而存在的,可以按字节读写。EEPROM 的寿命至少为100,000 次擦除周期。EEPROM 的访问由地址寄存器、数据寄存器和控制寄存器决定。

通过SPI和JTAG及并行电缆下载EEPROM数据的操作请分别参见 P260、 P265及P250。

EEPROM 读/ 写访问

EEPROM 读/ 写访问EEPROM 的访问寄存器位于I/O 空间。

EEPROM的写访问时间由Table 1给出。自定时功能可以让用户软件监测何时可以开始写下一字节。用户操作EEPROM 需要注意如下问题:在电源滤波时间常数比较大的电路中,上电/ 下电时VCC 上升/ 下降速度会比较慢。此时CPU 可能工作于低于晶振所要求的电源电压。请参见 P20“ 防止EEPROM 数据丢失” 以避免出现EEPROM 数据丢失的问题。

为了防止无意识的EEPROM 写操作,需要执行一个特定的写时序。具体参看EEPROM控制寄存器的内容。

执行EEPROM 读操作时, CPU 会停止工作4 个周期,然后再执行后续指令;执行EEPROM 写操作时, CPU 会停止工作2 个周期,然后再执行后续指令。

EEPROM 地址寄存器- EEARH和EEARL

· Bits 15..9 – Res: 保留
保留位,读操作返回值为零。

· Bits 8..0 – EEAR8..0: EEPROM 地址
EEPROM地址寄存器– EEARH和EEARL指定了512字节的EEPROM空间。EEPROM地址是线性的,从0 到511。EEAR 的初始值没有定义。在访问EEPROM 之前必须为其赋予正确的数据。

EEPROM 数据寄存器 - EEDR

· Bits 7..0 – EEDR7.0: EEPROM 数据
对于EEPROM 写操作, EEDR 是需要写到EEAR 单元的数据;对于读操作, EEDR 是从地址EEAR 读取的数据。

EEPROM 控制寄存器- EECR

· Bits 7..4 – Res: 保留
保留位,读操作返回值为零。

· Bit 3 – EERIE: 使能EEPROM 准备好中断
若SREG 的I 为"1",则置位EERIE 将使能EEPROM 准备好中断。清零EERIE 则禁止此中断。当EEWE 清零时EEPROM 准备好中断即可发生。

· Bit 2 – EEMWE: EEPROM 主机写使能
EEMWE决定了EEWE置位是否可以启动EEPROM写操作。当EEMWE为"1"时,在4个时钟周期内置位EEWE 将把数据写入EEPROM 的指定地址;若EEMWE 为"0“,则操作EEWE 不起作用。EEMWE 置位后4 个周期,硬件对其清零。见EEPROM 写过程中对EEWE 位的描述。

· Bit 1 – EEWE: EEPROM 写使能
EEWE 为EEPROM 写操作的使能信号。当EEPROM 数据和地址设置好之后,需置位EEWE以便将数据写入EEPROM。此时EEMWE必须置位,否则EEPROM写操作将不会发生。写时序如下( 第3 步和第4 步的次序并不重要):
1. 等待EEWE 位变为零
2. 等待SPMCSR 中的SPMEN 位变为零
3. 将新的EEPROM 地址写入EEAR( 可选)
4. 将新的EEPROM 数据写入EEDR( 可选)
5. 对EECR 寄存器的EEMWE 写"1",同时清零EEWE
6. 在置位EEMWE 的4 个周期内,置位EEWE

在CPU 写Flash 存储器的时候不能对EEPROM 进行编程。在启动EEPROM 写操作之前软件必须检查 Flash 写操作是否已经完成。步骤(2) 仅在软件包含引导程序并允许CPU对Flash 进行编程时才有用。如果CPU 永远都不会写Flash,步骤(2) 可省略。请参见P234“支持引导装入程序 – 在写的同时可以读(RWW, Read-While-Write)的自我编程能力” 。

注意:如果在步骤5 和6 之间发生了中断,写操作将失败。因为此时EEPROM 写使能操作将超时。如果一个操作EEPROM的中断打断了另一个EEPROM操作,EEAR 或EEDR寄存器可能被修改,引起EEPROM 操作失败。建议此时关闭全局中断标志I。经过写访问时间之后,EEWE 硬件清零。用户可以凭借这一位判断写时序是否已经完成。EEWE 置位后, CPU 要停止两个时钟周期才会运行下一条指令。

· Bit 0 – EERE: EEPROM 读使能
EERE为EEPROM读操作的使能信号。当EEPROM地址设置好之后,需置位EERE以便将数据读入EEAR。EEPROM 数据的读取只需要一条指令,且无需等待。读取EEPROM后CPU 要停止4 个时钟周期才可以执行下一条指令。

用户在读取EEPROM 时应该检测EEWE。如果一个写操作正在进行,就无法读取EEPROM,也无法改变寄存器EEAR。 经过校准的片内振荡器用于EEPROM定时。

Table 1 为CPU访问EEPROM的典型时间。

下面的代码分别用汇编和C 函数说明如何实现EEPROM 的写操作。在此假设中断不会在执行这些函数的过程当中发生。同时还假设软件没有Boot Loader。若Boot Loader 存在,则EEPROM 写函数还需要等待正在运行的SPM 命令的结束。

汇编代码例程
EEPROM_write:
; 等待上一次写操作结束
sbic EECR,EEWE
rjmp EEPROM_write
; 设置地址寄存器 (r18:r17)
out EEARH, r18
out EEARL, r17
; 将数据写入数据寄存器(r16)
out EEDR,r16
; 置位EEMWE
sbi EECR,EEMWE
; 置位EEWE 以启动写操作
sbi EECR,EEWE
ret
C 代码例程
void EEPROM_write(unsigned int uiAddress, unsigned char ucData)
{
/* 等待上一次写操作结束 */
while(EECR & (1<<EEWE))
;
/* 设置地址和数据寄存器*/
EEAR = uiAddress;
EEDR = ucData;
/* 置位EEMWE */
EECR |= (1<<EEMWE);
/* 置位EEWE 以启动写操作*/
EECR |= (1<<EEWE);
}

下面的例子说明如何用汇编和C 函数来读取EEPROM,在此假设中断不会在执行这些函数的过程当中发生。

汇编代码例程
EEPROM_read:
; 等待上一次写操作结束
sbic EECR,EEWE
rjmp EEPROM_read
; 设置地址寄存器 (r18:r17)
out EEARH, r18
out EEARL, r17
; 设置EERE 以启动读操作
sbi EECR,EERE
; 自数据寄存器读取数据
in r16,EEDR
ret
C 代码例程
unsigned char EEPROM_read(unsigned int uiAddress)
{
/* 等待上一次写操作结束 */
while(EECR & (1<<EEWE))
;
/* 设置地址寄存器*/
EEAR = uiAddress;
/* 设置EERE 以启动读操作*/
EECR |= (1<<EERE);
/* 自数据寄存器返回数据 */
return EEDR;
}

在掉电休眠模式下的EEPROM写操作

若程序执行掉电指令时EEPROM 的写操作正在进行, EEPROM 的写操作将继续,并在指定的写访问时间之前完成。但写操作结束后,振荡器还将继续运行,单片机并非处于完全的掉电模式。因此在执行掉电指令之前应结束EEPROM 的写操作。

防止EEPROM 数据丢失

若电源电压过低,CPU 和EEPROM 有可能工作不正常,造成EEPROM 数据的毁坏( 丢失)。这种情况在使用独立的EEPROM 器件时也会遇到。因而需要使用相同的保护方案。

由于电压过低造成EEPROM 数据损坏有两种可能:一是电压低于EEPROM 写操作所需要的最低电压;二是CPU 本身已经无法正常工作。

EEPROM 数据损坏的问题可以通过以下方法解决:
当电压过低时保持AVR RESET信号为低。这可以通过使能芯片的掉电检测电路BOD来实现。如果BOD 电平无法满足要求则可以使用外部复位电路。若写操作过程当中发生了复位,只要电压足够高,写操作仍将正常结束。

 相关AVR资料说明

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ATmega16 EEPROM数据存储器

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