单片机片内大容量EEPROM的一种巧妙应用 - 单片机/处理器 -

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<strong>引言</strong>

MCS- 51单片机是目前国内应用最广泛的一种单片机型。全球各单片机生产厂商在MCS-51内核基础上，派生了大量的51内核系列单片机，极大地丰富了MCS- 51的种群。其中STC公司推出了STC89系列单片机，增加了大量新功能，提高了51的性能，是MCS-51家族中的佼佼者。早期的单片机控制系统，采用单片机加片外EEPROM配合，来存储一些需要预置的重要参数，并在数码管上显示出来。由于单片机控制的整流器要求实时性很强，而早期EEPROM的写周期在10 ms左右，因此运行参数的预置是在整流器待机的情况下进行的。而很多情况下需要在运行的同时记录数据，如用单片机控制的12脉波汽车电泳整流器要求在运行的同时实时记录重要数据，而且在掉电时不丢失。由于在12脉波整流器中运行的单片机程序，其周期必须小于1．67 ms(交流电网的1个周期是20 ms，除以12就是l_67 ms)，这就要求实时记录的时间在1ms以下甚至更短(考虑到程序的执行时间)。经查阅资料发现，目前很多EEPROM达不到这个要求[1]，即使时间最短的AT89S8252单片机片内。EEP-ROM的写周期也是2．5 ms。本文通过对EEPROM的巧妙应用，实现了整流器在线记录数据的功能。

<strong>1 寻找符合要求的单片机</strong>

设备使用的是Atmel公司的AT89C52(40DIP封装)单片机和EEPROM芯片2817A。要想在不改变原设备电路板的情况下完成要求的功能，就只能在兼容的MCS-51系列单片机中想办法。AT89S8252片内含有2 KB的EEPROM，经编程测试发现，它虽然能实时记录数据并且断电不丢失，但是在向片内EEPROM中记录1个数据时，能引起输出电压和电流的波动，不能满足实际运行的需要。其原因是AT89S8252单片机片内EEPROM的写周期为2．5 ms，超过了1．67 ms的程序的执行周期，从而影响了程序的正常运行。所以执行周期是解决问题的关键。

由参考文献[2-3] 知：STC89C51RC／RD+系列单片机片内含有EEPROM(Data Flash)，读1个字节／编程1个字节／擦除1个扇区(512字节)的时间分别为10／μs／60μs／10 ms。编程1个字节的时间为60μs，远小于AT89S8252片内EEPROM 2．5 ms的编程时间，这为解决问题提供了思路。

<strong>2 问题的解决</strong>

单片机STC89C55RD+(40DIP封装)，其引脚、功能完全与AT89C52兼容，与MCS-51程序也兼容，片内含有20KB的Flash程序存储器，16KB的EEPROM数据存储器。把原用于AT89C52中的程序写到STC89C255RD+中，放到原设备上运行，可长期稳定地运行。经修改的在整流器中运行的单片机程序，实时记录一些数据到STC289C55RD+的EEPROM中，整流器可正常运行，但不能执行扇区擦除操作。执行扇区擦除操作将严重影响整流器的正常运行，引起输出电压和电流的很大波动。执行扇区擦除操作时，从示波器来看整流器的输出间断了20 ms，电压电流显示很大的波动。用示波器捕捉到了EEPROM写时的波形，输出波形暂停了20 ms，1个周波电压，电压波形如图1所示，不执行扇区擦除操作时的波形如图2所示。从图中可以看出，问题得到了很好的解决。


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究其原因，这与EEPROM的特点有关。STC89C5lRC／RD+系列单片机片内的EEPROM，与普通的EEPROM不同。普通的EEPROM有字节读／写功能，不需要擦除，在字节写的时候自动擦除。而 STC89C51RC／RD+系列单片机片内的EEPROM，具有Flash的特性，只能在擦除了扇区后进行字节写，写过的字节中不能重复写，只有待扇区擦除后才能重新写，而且没有字节擦除功能，只能扇区擦除。

<strong>3 EEPROM(Data FIash)的巧妙应用</strong>

基于以上EEPROM(Data Flash)不易擦除的特点，可以写后先不擦除。利用EEPROM(Data Flash)容易写、时间短(字节写只有60 μs)的特点，可以充分利用其写的功能。根据汽车电泳整流器的特点：每泳1辆汽车，整流器的输出电流就从0逐渐上升到最大电流，然后又逐渐回到0。从电流的变化可以准确地识别出电泳过的车的数量。每识别出1辆车，就在EEPROM(Data Flash)的1个字节中(起始地址为0000H)写入#01H(也可以是其他数，但不能为#OFFH)，然后地址自动加1，等待识别出下一辆车。这样就通过EEPROM(Data Flash)字节地址的方式，间接记录了汽车电泳整流器电泳过的车辆总数，并可在数码管上显示出来。16 KB的EEPROM(Data Flash)可记录16 384辆车。待将计满时，可按擦除按钮擦除EEP-ROM(Data Flash)中的所有扇区，再重新计数。如按每10分钟电泳1辆车，1天工作16小时，可连续记录16 384／60／10×16)=170天。此种方法也可用于对电泳整流器连续工作时间的累计，如每10分钟记录1个数据，可连续记录16 384／(60／10)=2 730小时。

整流器停机断电后，每次开机给单片机上电时，在初始化程序中，首先从地址#0000H读片内 EEPROM的数据，如果数据不为#OFFH，地址自动加1，再读下一个字节，直到所读数据为#OFFH为止。此时EEPROM的地址指针数据，即为前面累加的电泳车辆数(或累计电泳工作时间)，可在数码管上显示出来。整流器工作后，按前述


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<strong>结语</strong>

结合上产的实际情况，在不改变原设备电路板的情况下，通过使用 MCS-51系列兼容单片机STC89C55RD+，巧妙利用其片内EEPROM，实现了在整流器运行的同时记录数据的功能，切掉点情况下不丢失数据。这种方法有效地提高了原设备的功能，给用户的使用到来了极大的方便，并且通过实验验证了此方法是可行的。

<strong>参考文献</strong>

1. AT89S8252用户手册
2. 邬伟奇 STC89 系列高性能单片机及其应用 [期刊论文] -微计算机信息2004(7)
3. 宏晶科技 STC89C51RC/RD+系列单片机用户手册 2006
4. 带有铁电随机存取存储器的高精度实时时钟所具备的优势 [期刊论文] -国外电子元器件2007(10)

作者：保定莱特整流器制造有限公司 张志忠 华北电力大学 侯纪勇 秦皇岛首钢板材有限公司 崔娜
来源：单片机与嵌入式系统应用2009 (4)