EEPROM原理与应用
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16.May 2006
Security Level: Secret
EEPROM Introduction
www.huawei.com
AR硬件
李东 00176431
HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential
目录
• EEPROM器件简介
• I2C EEPROM器件介绍
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Page 3
I2C接口EEPROM管脚说明
8PIN的I2C接口EEPROM的管脚图如图所示：
8PIN的I2C接口EEPROM管脚
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源自文库
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Page 15
不同I2C接口EEPROM之间区别
目前，公司使用Microchip公司、Atmel公司的I2C接口EEPROM。它们之间的 主要区别见下表：
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Page 11
I2C接口EEPROM读操作
任意读操作：
任意读操作序列见上图。 ◆Master要先送出写操作命令，并且送出地址，地址可以是任意的。 ◆Master要重新发出开始指令来结束写操作，然后再送出包含读命令的控制字节。 ◆Master接收1个字节后，无效Acknowledge bit，并送出Stop指令，结束当前读操 作。
EEPROM内部存储Block选择（如果需要的话）。
◆R/W：读写命令，“1”为读；“0”为写。 ◆ACK：Acknowledge bit。
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Page 7
I2C接口EEPROM写操作
字节写操作（Byte Write）：
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Page 6
I2C接口EEPROM操作分析
I2C接口EEPROM传输控制字节格式见上图。
◆S：开始传输指示。
◆Control Code：所有I2C接口EEPROM统一的控制码，4位组成“1010” 。 ◆Chip Select Bits：EEPROM地址识别位，3位组成A[2:0]，分别对应器 件管脚A[2:0]的输入电平，当Master器件的I2C总线上挂接多片 EEPROM时，可以由此做片选。但是有的EEPROM A[2:0]这3个管脚未 用或者用了1～2个，那么此处地址识别位中，多余的位可以用来做
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Page 9
I2C接口EEPROM写操作
页写操作（Page Write）：
◆以24LC08为例，它的存储结构为：4(block)×256×8(bit) ，Page Write Buffer大小为16bytes。那么Page Write时，在Control Byte指定 Block选择位“B1B0”，在Word Address指定8位地址 “A7A6A5A4A3A2A1A0”。那样“B1B0”和“A7A6A5A4”就指定了当前 Page Write是哪个Page，“B1B0A7A6A5A40000”为当前Page的下界， “B1B0A7 A6A5A41111”为当前Page的上界，而“A3A2A1A0”指定了从 当前Page的哪个单元开始写。内部地址循环计数器就从“A3A2A1A0”开 始计数，每写1次加1，当计数值为“1111”时，如果继续写的话，计数值就 回到“0000”。 ◆所以一次Page Write操作时，数据不要超过1个Page的长度，否则会 造成数据覆盖。
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Page 12
I2C接口EEPROM读操作
连续读操作：
连续读操作序列见上图。 ◆跟当前地址读/任意读不同的是：Master接收到1个字节后，不发出Stop指令，而是 继续送出Acknowledge bit，继续接收。 ◆每读1次EEPROM地址计数器加1；同样是循环计数，读操作地址计数边界为整片 EEPROM地址边界，不同于Page Write地址计数边界。因此连续读方式可以读完整 片EEPROM。
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I2C接口EEPROM读操作
当前地址读操作：
当前地址读操作序列见上图。 ◆Master每对EEPROM进行一次读/写操作，EEPROM内部地址计数器就会加1，因此 当前地址单元为前一次访问的下一个地址单元。 ◆Current Read方式就利用这个原则省略了地址，Master只需送出包含读命令的控制 字节就行。 ◆Master接收1个字节后，无效Acknowledge bit，并送出Stop指令，结束当前读操作。
页写操作序列见上图。 ◆跟字节写不同的是：Master写完1个字节后不发Stop指令，继续送出数据，直到 写满EEPROM的Page Write Buffer为止。 ◆EEPROM内部有地址循环计数器，每写入1个字节地址加1，当地址加到当前 Page的上界时，如果还继续写的话，地址就会回到当前Page的下界。
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Page 18
SPI接口EEPROM操作分析
不同容量的SPI接口EEPROM操作指令中的地址码长度不同，并且同样的EEPROM 在8-bit方式时，地址码长度比16-bit方式时多一位。下表列出的是93LC76的操作指令 集，以供参考。其中各指令的含义如下： ◆READ：读。 ◆EWEN：擦除、写使能。 ◆ERASE：擦除。 ◆ERAL：全擦除。 ◆WRITE：写。 ◆WRAL：全写。 ◆EWDS：擦除、写禁止。
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SPI接口EEPROM管脚说明
SPI接口EEPROM的管脚图如图所示：
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Page 17
SPI接口EEPROM管脚说明
◆S：片选输入，高电平有效。 ◆C：时钟输入。 ◆D：串行数据输入。 ◆Q：串行数据输出。 ◆ORG：存储结构选择，上拉或悬空时选择为16-bit方式，下拉时选择为8-bit方式。 ◆Vcc/Vss：电源/地。不同的EEPROM有不同的电源电压要求，同时，不同的供电电 压支持的最高时钟频率也不同，电压越高支持的时钟频率也越高。Microchip公司的 SPI接口EEPROM最高时钟频率能达到3MHz，Atmel公司的最高能达到2MHz，ST 公司的最高能达到1MHz。 ◆PE：Program Enable，写保护输入，只有Microchip公司的SPI接口EEPROM才有， 上拉或悬空时可以正常写，下拉时写保护。Atmel、ST公司的SPI接口EEPROM中该 管脚为NC脚。
Page 4
I2C接口EEPROM管脚说明
14PIN-EEPROM比8PIN-EEPROM多出来的管脚都是NC脚，并且不常用，所以 此处就不介绍。 ◆I2C接口EEPROM使用两根线进行读写操作，一根为时钟线（SCL）、另一根 为数据线（SDA）。SDA为双向信号，同时由于EEPROM只能是I2C总线中 的Slave，所以SCL为输入信号。和标准的I2C总线一样，SDA的输出为 Open-drain方式。 ◆WP为写保护管脚，高电平使能。 ◆A[2:0]为地址输入管脚，用来作为EEPROM地址识别位，不同的EEPROM使 用的位数不同。 ◆VCC为电源管脚，不同的EEPROM有不同的电源电压要求。同时，不同的供
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Page 13
I2C接口EEPROM读操作
Acknowledge bit检测：
◆执行写操作时，不论是Byte Write还是Page Write，EEPROM只有接收到Master发 出的Stop指令后，才触发内部的写周期。 ◆在内部写周期内，EEPROM不会响应Master的指令。所以Master要检测内部写周 期什么时候结束。Master写操作和EEPROM内部写周期检测流程如下图：
电电压支持的最高时钟频率也不同，电压越高支持的时钟频率也越高。I2C接
口EEPROM支持的最高时钟频率一般为100KHz～400KHz。 ◆GND为地管脚。
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I2C接口EEPROM操作分析
控制字节格式
字节写操作序列见上图。 ◆一次只写1个字节。 ◆Master先发出Start指令，接着是控制字节→EEPROM正常响应，发出Acknowledge bit→然后Master再送出要写入的EEPROM存储单元地址→EEPROM正常响应，发出 Acknowledge bit→Master再送出数据→EEPROM正常响应，发出Acknowledge bit→Master发出Stop指令，结束本次写操作。 ◆其中地址位长度视EEPROM容量来定，按目前公司使用的EEPROM容量来看，地址不 超过2个字节。
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I2C接口EEPROM读操作
Acknowledge bit检测：
◆第1步：Master往EEPROM写数据。 ◆第2步：Master结束写操作，并触发EEPROM内部写周期。 ◆第3步：检测开始，Master发出开始指令。 ◆第4步：Master发送包含写命令的控制字节。 ◆第5步：Master检测EEPROM送出的Acknowledge bit：如果是“0”，表示 EEPROM内部写周期已结束，可以进行后续的操作；如果是“1”，则表示 EEPROM内部写周期还没有结束，这时候应该跳回到第3步，进行循环检测。
置数据、单板重要信息等场合，这种场合的要求是：数据存储量比
较少、访问速率要求不高、掉电后数据不丢失。因此EEPROM， 特别是串行EEPROM是最佳选择，它还能节省单板的空间，我们 公司用的都是串行EEPROM。串行EEPROM按照硬件接口的不同
可以分为两种：
1、I2C接口EEPROM； 2、SPI接口EEPROM。 以下对这两种串行EEPROM分开来做介绍。
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Page 8
I2C接口EEPROM写操作
页写操作（Page Write）： EEPROM内有Page Write Buffer，不同容量EEPROM的Page Write Buffer大小不同（可参见表1）。Page写时，数据先写入Page Write Buffer，等到Master发出Stop指令后才往存储单元写。
• SPI EEPROM器件介绍
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Page 2
EEPROM 器件简介
EEPROM是Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory的简称，中文意为：电可擦可编程只读存储器。所谓只读 存储器是因为可以用管脚设置或软件命令方式设置其工作于只读方 式，并没有和可擦可编程的说法矛盾。可以支持100万次擦写，数 据保存100年以上。一般来说，EEPROM适用于存储诸如初始化配
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8PIN的I2C接口EEPROM的管脚图如图所示：
8PIN的I2C接口EEPROM管脚
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不同I2C接口EEPROM之间区别
目前，公司使用Microchip公司、Atmel公司的I2C接口EEPROM。它们之间的 主要区别见下表：
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I2C接口EEPROM读操作
任意读操作：
任意读操作序列见上图。 ◆Master要先送出写操作命令，并且送出地址，地址可以是任意的。 ◆Master要重新发出开始指令来结束写操作，然后再送出包含读命令的控制字节。 ◆Master接收1个字节后，无效Acknowledge bit，并送出Stop指令，结束当前读操 作。
EEPROM内部存储Block选择（如果需要的话）。
◆R/W：读写命令，“1”为读；“0”为写。 ◆ACK：Acknowledge bit。
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字节写操作（Byte Write）：
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I2C接口EEPROM传输控制字节格式见上图。
◆S：开始传输指示。
◆Control Code：所有I2C接口EEPROM统一的控制码，4位组成“1010” 。 ◆Chip Select Bits：EEPROM地址识别位，3位组成A[2:0]，分别对应器 件管脚A[2:0]的输入电平，当Master器件的I2C总线上挂接多片 EEPROM时，可以由此做片选。但是有的EEPROM A[2:0]这3个管脚未 用或者用了1～2个，那么此处地址识别位中，多余的位可以用来做
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页写操作（Page Write）：
◆以24LC08为例，它的存储结构为：4(block)×256×8(bit) ，Page Write Buffer大小为16bytes。那么Page Write时，在Control Byte指定 Block选择位“B1B0”，在Word Address指定8位地址 “A7A6A5A4A3A2A1A0”。那样“B1B0”和“A7A6A5A4”就指定了当前 Page Write是哪个Page，“B1B0A7A6A5A40000”为当前Page的下界， “B1B0A7 A6A5A41111”为当前Page的上界，而“A3A2A1A0”指定了从 当前Page的哪个单元开始写。内部地址循环计数器就从“A3A2A1A0”开 始计数，每写1次加1，当计数值为“1111”时，如果继续写的话，计数值就 回到“0000”。 ◆所以一次Page Write操作时，数据不要超过1个Page的长度，否则会 造成数据覆盖。
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I2C接口EEPROM读操作
连续读操作：
连续读操作序列见上图。 ◆跟当前地址读/任意读不同的是：Master接收到1个字节后，不发出Stop指令，而是 继续送出Acknowledge bit，继续接收。 ◆每读1次EEPROM地址计数器加1；同样是循环计数，读操作地址计数边界为整片 EEPROM地址边界，不同于Page Write地址计数边界。因此连续读方式可以读完整 片EEPROM。
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当前地址读操作：
当前地址读操作序列见上图。 ◆Master每对EEPROM进行一次读/写操作，EEPROM内部地址计数器就会加1，因此 当前地址单元为前一次访问的下一个地址单元。 ◆Current Read方式就利用这个原则省略了地址，Master只需送出包含读命令的控制 字节就行。 ◆Master接收1个字节后，无效Acknowledge bit，并送出Stop指令，结束当前读操作。
页写操作序列见上图。 ◆跟字节写不同的是：Master写完1个字节后不发Stop指令，继续送出数据，直到 写满EEPROM的Page Write Buffer为止。 ◆EEPROM内部有地址循环计数器，每写入1个字节地址加1，当地址加到当前 Page的上界时，如果还继续写的话，地址就会回到当前Page的下界。
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不同容量的SPI接口EEPROM操作指令中的地址码长度不同，并且同样的EEPROM 在8-bit方式时，地址码长度比16-bit方式时多一位。下表列出的是93LC76的操作指令 集，以供参考。其中各指令的含义如下： ◆READ：读。 ◆EWEN：擦除、写使能。 ◆ERASE：擦除。 ◆ERAL：全擦除。 ◆WRITE：写。 ◆WRAL：全写。 ◆EWDS：擦除、写禁止。
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SPI接口EEPROM的管脚图如图所示：
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◆S：片选输入，高电平有效。 ◆C：时钟输入。 ◆D：串行数据输入。 ◆Q：串行数据输出。 ◆ORG：存储结构选择，上拉或悬空时选择为16-bit方式，下拉时选择为8-bit方式。 ◆Vcc/Vss：电源/地。不同的EEPROM有不同的电源电压要求，同时，不同的供电电 压支持的最高时钟频率也不同，电压越高支持的时钟频率也越高。Microchip公司的 SPI接口EEPROM最高时钟频率能达到3MHz，Atmel公司的最高能达到2MHz，ST 公司的最高能达到1MHz。 ◆PE：Program Enable，写保护输入，只有Microchip公司的SPI接口EEPROM才有， 上拉或悬空时可以正常写，下拉时写保护。Atmel、ST公司的SPI接口EEPROM中该 管脚为NC脚。
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I2C接口EEPROM管脚说明
14PIN-EEPROM比8PIN-EEPROM多出来的管脚都是NC脚，并且不常用，所以 此处就不介绍。 ◆I2C接口EEPROM使用两根线进行读写操作，一根为时钟线（SCL）、另一根 为数据线（SDA）。SDA为双向信号，同时由于EEPROM只能是I2C总线中 的Slave，所以SCL为输入信号。和标准的I2C总线一样，SDA的输出为 Open-drain方式。 ◆WP为写保护管脚，高电平使能。 ◆A[2:0]为地址输入管脚，用来作为EEPROM地址识别位，不同的EEPROM使 用的位数不同。 ◆VCC为电源管脚，不同的EEPROM有不同的电源电压要求。同时，不同的供
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Acknowledge bit检测：
◆执行写操作时，不论是Byte Write还是Page Write，EEPROM只有接收到Master发 出的Stop指令后，才触发内部的写周期。 ◆在内部写周期内，EEPROM不会响应Master的指令。所以Master要检测内部写周 期什么时候结束。Master写操作和EEPROM内部写周期检测流程如下图：
电电压支持的最高时钟频率也不同，电压越高支持的时钟频率也越高。I2C接
口EEPROM支持的最高时钟频率一般为100KHz～400KHz。 ◆GND为地管脚。
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控制字节格式
字节写操作序列见上图。 ◆一次只写1个字节。 ◆Master先发出Start指令，接着是控制字节→EEPROM正常响应，发出Acknowledge bit→然后Master再送出要写入的EEPROM存储单元地址→EEPROM正常响应，发出 Acknowledge bit→Master再送出数据→EEPROM正常响应，发出Acknowledge bit→Master发出Stop指令，结束本次写操作。 ◆其中地址位长度视EEPROM容量来定，按目前公司使用的EEPROM容量来看，地址不 超过2个字节。
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I2C接口EEPROM读操作
Acknowledge bit检测：
◆第1步：Master往EEPROM写数据。 ◆第2步：Master结束写操作，并触发EEPROM内部写周期。 ◆第3步：检测开始，Master发出开始指令。 ◆第4步：Master发送包含写命令的控制字节。 ◆第5步：Master检测EEPROM送出的Acknowledge bit：如果是“0”，表示 EEPROM内部写周期已结束，可以进行后续的操作；如果是“1”，则表示 EEPROM内部写周期还没有结束，这时候应该跳回到第3步，进行循环检测。
置数据、单板重要信息等场合，这种场合的要求是：数据存储量比
较少、访问速率要求不高、掉电后数据不丢失。因此EEPROM， 特别是串行EEPROM是最佳选择，它还能节省单板的空间，我们 公司用的都是串行EEPROM。串行EEPROM按照硬件接口的不同
可以分为两种：
1、I2C接口EEPROM； 2、SPI接口EEPROM。 以下对这两种串行EEPROM分开来做介绍。
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I2C接口EEPROM写操作
页写操作（Page Write）： EEPROM内有Page Write Buffer，不同容量EEPROM的Page Write Buffer大小不同（可参见表1）。Page写时，数据先写入Page Write Buffer，等到Master发出Stop指令后才往存储单元写。
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EEPROM 器件简介
EEPROM是Electrically-Erasable Programmable Read Only Memory的简称，中文意为：电可擦可编程只读存储器。所谓只读 存储器是因为可以用管脚设置或软件命令方式设置其工作于只读方 式，并没有和可擦可编程的说法矛盾。可以支持100万次擦写，数 据保存100年以上。一般来说，EEPROM适用于存储诸如初始化配