颜浩　陆阳　寿佳宇
合肥工业大学

   在工控现场及电度表、流量计等仪表中往往有一些数据需要被不断地实时刷新存储(常常每天可达数万次)，并且在设备掉电或重新启动时这些数据也需被保持。在这种情况下，使用静态RAM虽然可以无限次记录数据，但为了保持数据，RAM必须加有电池；如果使用E²PROM或Flash ROM，则记录次数有限(大多在百万次左右)。同时为了掉电时能自动存储数据，系统必须具有掉电检测电路，这样系统将变得复杂且成本增加。
　　Xicor公司的X24C45串行256位NOVRAM则可以很好的满足以上要求。X24C45是按16×16组织的静态RAM，与非易失性E²PROM阵列位对位(bit－by－bit)重叠，可以利用软件命令或外部输入端在两个存储器阵列之间传送数据。存储操作(RAM数据至E²PROM)最长需5ms完成；调出操作(E²PROM数据至RAM)最长需5μs完成。X24C45可以不受限制的把数据从主机写至RAM或从E²PROM调至RAM，最小存储操作次数为100万次，数据保存期大于100年。X24C45还具有用户可选的AUTOSTORE(自动存储)特性，即当V_CC下降到预置的门限(4.0～4.3V)以下时能自动完成存储操作；同时它能上电自动执行调出操作。X24C45与串行端口兼容(COPSTM，8051)，可很方便地和各种微控制器接口。

1. 引脚功能
　　X24C45的引脚排列如图1所示，各引脚说明如表1所列，具体的功能如下。
　　芯片允许(CE)：CE为高电平时方可允许读写操作。在读或写命令后，CE必须保持高电平，直到数据传送完为止。CE为低电平将使X24C45处于低功耗的待机方式并复位指令寄存器。因此，在准备下一操作命令时，为了使指令寄存器复位，每一次操作完成之后必须把CE拉至低电平。
　　串行时钟(SK)：SK用于所有数据能在时钟同步下输入或输出的器件。
　　数据输入(DI)：DI是串行数据输入端。
　　数据输出(DO)：DO是串行数据输出端。除了在响应READ指令数据输出周期之外，均为高阻状态。
　　AUTOSTORE(自动存储)输出(AS)：AS是漏极开路输出端，当它为低电平有效时表示V_CC已下降到AUTOSTORE(自动存储)门限(V_ASTH)之下。AS可以和多个漏极开路输出端“线或”(wire－ORed)连接，并可用作微控制器的中断输或低功率复位电路的输入。
　　RECALL：RECALL为低电平时，启动从E²PROM至RAM阵列的内部数据传送。
2. 工作原理
　　X24C45包含一个8位的指令寄存器，它通过DI输入端来访问，数据在SK的上升沿由时钟同步输入。在整个数据传送操作期间，CE必须保持高电平。

　　表2列出了X24C45的所有指令及操作码。所有指令的最高有效位(MSB)是逻辑1(高电平)，位6至3是RAM地址(A)或不关心(X)，而位2至0是操作码。X24C45要求按最高位(MSB)在前的方式送入指令。在CE为高电平之后直到逻辑“1”送入DI为止，X24C45将不会解释数据流。因此，可以在SK工作(running)且DI为低电平的情况下把CE拉至高电平；但在X24C45开始任何动作之前，DI必须为高电平以表示指令的起始条件。
　　此外，SK时钟是完全静态的(totally static)。用户如完全停止时钟，数据移动也将被停止，重新启动时钟将恢复数据的移动。

　　现将X24C45的指令操作码及功能分述如下：
　　●RCL和RECALL
　　软件RCL指令或RECALL输入端的低电平可以启动数据从E²PROM传送到RAM。这种软件或硬件的调用操作可设置内部“先前调用(previous recall)”锁存器。该锁存器上电时被复位，为了允许任何写或存储操作，它必须由用户加以设置。虽然上电前完成了调用操作，但是此操作并不设置“先前调用”锁存器。
　　●WRDS和WREN
　　X24C45内部包含“写允许”(write enabled)锁存器。写入RAM或对E²PROM进行存储操作时必须设置该锁存器。可用WREN指令设置锁存器，WRDS指令复位锁存器，从而有效的保护非易失性数据，使之免受破坏。上电时“写允许”锁存器自动复位。
　　●STO
　　STO指令将启动数据从RAM至E²PROM的传递。要避免不想要的存储操作，下列条件必须为真：
　　(1) 发生STO指令
　　(2)内部“写允许”锁存器必须被设置(WREN指令已发出)
　　(3)“先前调用”锁存器必须被设置(软件或硬件调用操作)
　　一旦存储周期开始，器件的所有其它功能将被禁止，存储周期完成之后，写允许锁存器被复位。
　　●WRITE(写)
　　WRITE(写)指令包含要写的字的4位地址和写指令之后要写的16位字，移入的数据将写至RAM。在整个操作期间，CE必须保持高电平。在写结束后到SK下一个上升沿之前，CE必须变为低电平。但如果CE过早的变为低电平(在指令之后但16位数据被传送之前)，那么指令寄存器将被复位。如果CE保持高电平的时间大于24个SK时钟周期(8位指令加16位数据)，那么已移入的数据将被重写。
　　●READ(读)
　　READ(读)指令包含要访问的字的4位地址。与其它的6个指令不同，该指令字的I0是“不关心”。这样有两个优点，首先，在把DI和DO二者连接在一起的设计中，指令中不存在第8位，这将允许主机有时间把I/O线从输出转为输入；其次，在第9个SK时钟周期内，它可供有效数据输出使用。
　　读操作期间的首位输出DO被截断。即它在内部由第8个SK时钟的下降沿同步；然后，所有的后续位由SK的上升沿同步。
　　●低功耗方式
　　当CE为低电平时，非关键的内部器件被断电，使器件处于待机状态，因而功耗最小。
　　●AUTOSTORE(自动存储)特性
　　AUTOSTORE(自动存储)指令(ENAS)用来设置“AUTOSTORE允许”锁存器，X24C45在VCC下降到AUTOSTORE(自动存储)门限(VASTH)以下时自动执行存储操作。执行该指令前必须先执行WREN指令。
　　●写保护
　　X24C45提供了两种软件写保护机制以防止未知数据的误存储，首先，上电时“写允许”和“AUTOSTORE”(自动存储)允许锁存器处于复位状态，禁止任何存储操作；其次，在上电后“先前调用(previous recall)”锁存器被设置后可进行数据存储，它仅通过运行软件或硬件调用操作来设置，以确保所有的RAM单元内的数据有效。
　　●系统的考虑
　　X24C45执行上电调用时，可把E²PROM的内容传送到RAM阵列。虽然可以从RAM阵列读出数据，但是这种调用并不设置“先前调用”锁存器。因为在这种上电调用操作期间所有的命令被忽略，因此，在V_CC稳定之后，主机还应当把X24C45的任何操作最少延迟t_PUR(最大为200μs)的时间。

3. 应用实例
　　在我们开发的智能流量积算仪中，需要每秒记录一次累积流量，并且该累积流量在设备停用或掉电时要被保存，以便重新运行时继续对累积流量进行累积。在该积算仪中采用了一片X24C45来存储累积流量，很好的满足了系统的要求。X24C45与系统中的8051微处理器的接口如图3所示。DO和DI口被接到微处理器的同一个I/O口P1.7上，从而节省一个I/O口。
　　微处理器以字节为单位，读写X24C45的程序如下：
　　SK　　　BIT P1.5　；SK接在P1.5口
　　CE　　　BIT P1.6　；CE接在P1.6口
　　DIO　　 BIT P1.7 ；DI与DO接在P1.7口
　　WRDS　  EQU 80H ；各个指令字
　　STO　　 EQU 81H
　　ENAS　  EQU 82H
　　WRITE 　EQU 83H
　　WREN　  EQU 84H
　　RCL　　 EQU 85H
　　READ　  EQU 86H
　　DATAHI EQU R0 ；数据的高位寄存器
　　DATALO EQU R1 ；数据的低位寄存器
　　ADDR　 EQU R2 ；地址寄存器
　　COUNT  EQU R3 ；计数器
　　INST　 EQU R4 ；命令寄存器
　　　　　ORG　　0000H ；程序复位地址
　　　　　LJMP BEGIN
　　　　　ORG 0100H ；程序起始地址
BEGIN 　 MOV SP，＃60H ；初始化堆栈指针
　　　　　CLR CE 　　　　 ；复位控制信号
　　　　　CLR SK
　　　　　CLR DIO
　　　　　MOV A，＃RCL　 ；进行一次调出操作以便设置“先前调用”锁存器
         MOV INST，A
　　　　　SETB CE
　　　　　LCALL OUTBYT
　　　　　CLR CE
 　　　　 MOV A，＃WREN ；设置“写允许”锁存器
　　　　　MOV INST，A
　　　　　SETB CE
　　　　　LCALL OUTBYT
　　　　　CLR CE
　　　　　MOV A，＃05H　 ；读地址5中的内容，并保在寄存器DATALO与DATAHI中
　　　　　MOV ADDR，A
　　　　　LCALL RDWRD
　　　　　MOV A，＃09H　 ；将前面地址5中读出的内容写入地址9中
　　　　　MOV ADDR，A
　　　　　LCALL WDWRD
　　　　　MOV A，＃STO 　；进行一次存储操作
　　　　　MOV INST，A
　　　　　SETB CE
　　　　  LCALL OUTBYT
　　　　  CLR CE
DONE：　 LJMP DONE ；循环直到复位
；将寄存器DATALO与DATAHI中的内容写入X24C45，地址由寄存器ADDR指定。
WRWRD 　SET CE　；将寄存器DATALO与DATAHI中的内容写入寄存器ADDR指定的地址中
　　　  MOV A，ADDR
　 　　 RL A ；将地址加入指令中
　 　　 RL A
　　　  RL A
　　　  ORL A，＃WRITE
　　　  MOV INST，A
　　　  LCALL OUTBYT ；输出写指令
　　 　 MOV A，DATAHI
　　　  MOV INST，A
　　　  LCALL OUTBYT ；输出数据的高字节
　　　  MOV A，DATALO
　　 　 MOV INST，A
　　　  LCALL OUTBYT ；输出数据的高字节
　　　  CLR CE
　　　  RET
；读由寄存器ADDR指定的地址中的内容，并存入寄存器DATALO与DATAHI中。
RDWRD：　SET CE ；读寄存器ADDR指定的地址中内容
　　 　 MOV A，ADDR
　　　  RL A ；将地址编入指令中
　 　   RL A
　　　  RL A
　　　  ORL A，＃READ
　　 　 MOV INST，A
　　　  LCALL SEND7 ；送出7位指令字
　　 　 SETB DIO
　　　  LCALL CLOCK ；设置时钟为读数据作准备
　　　  MOV COUNT，＃10H；读进16位数据
BIXT：　MOV C，DIO
NO1：　 MOV A，DATALO ；将数据移进寄存器DATALO与DATAHI中RLC A
　　　  MOV DATALO，A
　　　  MOV A，DATAHI
　　　  RLC A
　　 　 MOV DATAHI，A
　　　  LCALL CLOCK ；发出时钟脉冲
　　 　 DJNZ COUNT，BITX；读数据循环
　　　　CLR CE
　　　　RET
；将寄存器INST中的内容传送到X24C45的输入口。
SEND 7 　MOV COUNT，＃07H；移出7位读命令字
　　　　 SJMP LOOP0
OUTBYT： MOV COUNT，＃08H；移出8位命令字
LOOP0：  MOV A，INST ；为将数据输出到DI作准备
　　　　 RCL A
　　　　 MOV INST，A
　　　　 MOV DIO，C
　　　　 LCALL CLOCK ；发出时钟脉冲
　　　　 DJNZ COUNT，LOOP0；循环
　　　　 RET
；产生时钟脉冲
CLOCK： SET SK
　　　  CLR SK
　　 　 END