STM32F103驱动M24256 256k存储芯片进行读写

0 摘要

M24256 是一个256k的存储芯片，本文将主要讲解如何采用模拟IIC实现对M24256的读写驱动操作。并且使用Proteus进行仿真验证。处理器采用STM32F103，使用STM32CubeMX和Keil5进行联合开发。

1 所使用的软件

• Proteus 8.9 SP2

  链接：https://pan.baidu.com/s/1Mnc5M0A5rOIQ2xrPT96ugw

  提取码：dfct

• Keil5

  链接：https://pan.baidu.com/s/1Aavx3TkvBSLrLxlFOZ7xPw

  提取码：uagc

• STM32CubeMX

  https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html

2 M24256介绍

M24256是ST公司的一款256k EEPROM存储芯片，其具有以下特点。

• M24256具有256kbit EEPROM内容，每页可写入的内容为64bytes（Page Size = 64 bytes）
• Single supply voltage and high speed
• Write:
  • – Byte Write within 5 ms
  • – Page Write within 5 ms
• Random and sequential Read modes
• Write protect of the whole memory array 所有内存整列均可以进行写保护
• Enhanced ESD/Latch-Up protection
• More than 4 million Write cycles
• More than 200-years data retention

     

M24256引脚接口如表2-1所示：

表2-1 芯片引脚定义

Signal name	Function	Direction
E2、E1、E0	Chip Enable	Input
SDA	Serial Data	I/O
SCL	Serial Clock	Input
WC(低电平有效)	Write Control	Input
VCC	Supply voltage
VSS	Ground

   

通过控制E2、E1、E0的电平关系来修改芯片的地址，也就是说每一个IIC总线上最多可以挂接8个M24256存储芯片。

Write Control引脚用于保护写操作，可以用来保护存储器的整个内容免受意外写操作。将写控制（WC）驱动为高电平时，将禁止对整个存储器阵列进行写操作。 当写控制（WC）被驱动为低电平或悬空时，使能写操作。 将写控制（WC）驱动为高电平时，确认器件选择和地址字节，不确认数据字节。

3 M24256设备地址

   

表3-1 芯片地址（设备选择代码）

通过硬件电路定义E2、E1、E0的电平来定义设备的地址，其中最低位为读写标志位，当bit0=1时处于Read模式，反之处于Write模式。而高八位为固定地址，通常使用的是Memory array情况，所以高八位为A

如果在设备选择代码上发生匹配，则相应的设备会在第9位时间内给出串行数据（SDA）的确认。 如果设备与设备选择代码不匹配，则会从总线上取消选择自身，并进入待机模式。

   

4 M24256写操作

当芯片处于非写保护状态，即WC为0时对应的时序图如图4-1所示。

表4-1 M24256写时序（WC为低电平）

由图可以看出，M24256支持两种形式的写操作，分别是按字节写入和按页写入。接下来将针对其时序图逐一进行分析。

4.1 Byte Write Mode

按字节写入的时序图如图4-2所示。

图4-2 Byte Write Mode 时序图

由图可知，该模式下，设备仅向指定地址中写入一个字节的数据。其包含的时序过程如下：

Start

发送设备地址 1010 E2E1E0 0

ACK

待写入的设备地址高8位 Byte addr

ACK

待写入的设备地址低8位 Byte addr

ACK

待写入的八位数据 Data in

ACK

Stop

对应的写入代码如下：

uint8_t W24256_Byte_Write(uint8_t WriteData,uint16_t address)

{

    uint16_t usAddr;

    usAddr = address;  

    /* 第1步：发起I2C总线启动信号 */

    IIC_Start();

    /* 第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */

    IIC_Send_Byte(EEPROM_DEV_ADDR | I2C_WR);    /* 此处是写指令 */

    /*第3步：等待ACK信号*/

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }

    /* 第4步：发送字节地址，发送地址直接高八位*/

    IIC_Send_Byte((uint8_t)(usAddr>> 8));

    /*第5步：等待ACK信号*/

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }

    /* 第6步：发送字节地址，发送地址直接低八位*/

    IIC_Send_Byte((uint8_t)(usAddr&0x00ff));

    /*第7步：等待ACK信号*/

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }

    /* 第8步：开始写入数据 */

    IIC_Send_Byte(WriteData);

    /*第7步：等待ACK信号*/

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }

    IIC_Stop();

    return 1;

cmd_fail: /* 命令执行失败后，切记发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 */

    /* 发送I2C总线停止信号 */

    IIC_Stop();

    return 0;

}

4.2 Page Write Mode

按页写入的时序图如图4-3所示。

图4-3 Page Write Mode

由图可知，该模式下，设备可以向指定页中写入指定字节的数据，可写入的字节数小于等于64byte。其包含的时序过程如下：

Start

发送设备地址 1010 E2E1E0 0

ACK

待写入的设备地址高8位 Byte addr

ACK

待写入的设备地址低8位 Byte addr

ACK

待写入的八位数据 Data in

如果继续写入，则ACK 停止写入，则NACK

STOP

对应的按页写入代码如下：

uint8_t W24256_Page_Write(uint8_t *WriteBuf, uint16_t Page, uint16_t Size)

{

    uint16_t i,m;

    uint16_t usAddr;

      

    /*

     * 写串行EEPROM不像读操作可以连续读取很多字节，每次写操作只能在同一个page。

     * 对于24xx02，page size = 8

     * 简单的处理方法为：按字节写操作模式，没写1个字节，都发送地址

     * 为了提高连续写的效率: 本函数采用page wirte操作。

     */

   

    usAddr = Page * 0x0040;

    for (i = 0; i < Size; i++)

    {

        /* 当发送第1个字节或是页面首地址时，需要重新发起启动信号和地址 */

        if ((i == 0) || (usAddr & (EEPROM_PAGE_SIZE - 1)) == 0)

        {

//          /*　第０步：发停止信号，启动内部写操作　*/

//          IIC_Stop();

              

            /* 通过检查器件应答的方式，判断内部写操作是否完成, 一般小于 10ms            

                CLK频率为200KHz时，查询次数为30次左右

            */

            for (m = 0; m < 1000; m++)

            {              

                /* 第1步：发起I2C总线启动信号 */

                IIC_Start();

                  

                /* 第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */

                IIC_Send_Byte(EEPROM_DEV_ADDR | I2C_WR);    /* 此处是写指令 */

                  

                /* 第3步：发送一个时钟，判断器件是否正确应答 */

                if (IIC_Wait_Ack() == 0)

                {

                    break;

                }

            }

            if (m  == 1000)

            {

                goto cmd_fail;  /* EEPROM器件写超时 */

            }

          

            /* 第4步：发送字节地址，发送地址直接高八位*/

            IIC_Send_Byte((uint8_t)(usAddr>> 8));

            /*第五步：等待ACK信号*/

            if (IIC_Wait_Ack() != 0)

            {

                goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

            }

            /* 第6步：发送字节地址，发送地址直接低八位*/

            IIC_Send_Byte((uint8_t)(usAddr&0x00ff));

            /* 第5步：等待ACK */

            if (IIC_Wait_Ack() != 0)

            {

                goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

            }

        }

      

        /* 第6步：开始写入数据 */

        IIC_Send_Byte(WriteBuf[i]);

      

        /* 第7步：发送ACK */

        if (IIC_Wait_Ack() != 0)

        {

            goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

        }

   

        usAddr++;   /* 地址增1 */      

    }

      

    /* 命令执行成功，发送I2C总线停止信号 */

    IIC_Stop();

    return 1;

   

cmd_fail: /* 命令执行失败后，切记发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 */

    /* 发送I2C总线停止信号 */

    IIC_Stop();

    return 0;

}

注：M24256有256kbit空间，每一页的大小Page Size =64，所以计算可得页的取值范围为：256*1024/8/64 = 512 页。

5 M24256读操作

WC引脚的电平状态对读操作无效，所以其对应的时序图入图5-1所示。

图5-1 Read mode sequences

由图5-1可知，M24256共有三种模式的读操作，包括随机地址读取（Random Address Read）、当前地址（Current Address Read）、顺序读取（Sequential Read）

下面主要针对随机地址读取和顺序读取两种模式进行分析。其余分析类似。

5.1 Random Address Read

图5-2 Random Address Read 时序图

由图可知，该模式下，仅从设备的指定地址中读取一个字节的数据。其包括的时序如下：

Start

设备地址和控制字 1010 E2E1E0 0

ACK

待写入的设备地址高8位 Byte addr

ACK

待写入的设备地址低8位 Byte addr

ACK

Start 重启IIC总线

设备地址和控制字 1010 E2E1E0 1

ACK

读出的数据 Data out

NACK

Stop

对应的代码如下：

uint8_t W24256_Byte_Read( uint16_t Address)

{

    uint16_t uAddress;

    uint8_t ReadData;

    uAddress = Address;

    /* 第1步：发起I2C总线启动信号 */

    IIC_Start();    

    

    /* 第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */

    IIC_Send_Byte(EEPROM_DEV_ADDR | I2C_WR);    /* 此处是写指令 */  

    

    /* 第3步：等待ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        IIC_Stop(); /* EEPROM器件无应答 */

    }

    

    /* 第4步：发送字节地址高8位 */

    IIC_Send_Byte((uint8_t)(uAddress>>8));  

    

    /* 第5步：等待ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        IIC_Stop(); /* EEPROM器件无应答 */

    }  

    /* 第6步：发送字节地址低八位 */

    IIC_Send_Byte((uint8_t)uAddress&0xff);  

    

    /* 第7步：等待ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        IIC_Stop(); /* EEPROM器件无应答 */

    }

    /* 第8步：重新启动I2C总线。前面的代码的目的向EEPROM传送地址，下面开始读取数据 */

    IIC_Start();    

    

    /* 第9步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */

    IIC_Send_Byte(EEPROM_DEV_ADDR | I2C_RD);    /* 此处是读指令 */

      

    /* 第10步：发送ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        IIC_Stop(); /* EEPROM器件无应答 */

    }  

      

   

    /* 第11步：读取数据并保存*/

    ReadData = IIC_Read_Byte(); /* 读1个字节 */

    /*第12步：发送NACK命令*/    

    IIC_NAck(); /* 最后1个字节读完后，CPU产生NACK信号(驱动SDA = 1) */

   

    /*第13步：发送I2C总线停止信号 */

    IIC_Stop();

    return ReadData;    /* 执行成功 */

}

5.2 Sequention Random Read

图5-3 Sequention Random Read 时序图

由图可知，该模式下，可以向指定地址中读取指定数目的数据。其包括的时序如下：

Start

设备地址和控制字 1010 E2E1E0 0

ACK

待写入的设备地址高8位 Byte addr

ACK

待写入的设备地址低8位 Byte addr

ACK

Start 重启IIC总线

设备地址和控制字 1010 E2E1E0 1

ACK

读出的数据 Data out

如果到达要读取数据个数，发送NACK，反之发送ACK

Stop

其对应的代码如下：

/**

  * 函数功能: 从串行EEPROM指定地址处开始读取若干数据

  * 输入参数: ReadBuf : 存放读到的数据的缓冲区指针

  *           Address : 起始地址  

  *           Size : 数据长度，单位为字节

  * 返 回 值:  0 表示失败，1表示成功

  * 说    明：无

  */

uint8_t W24256_Page_Read(uint8_t *ReadBuf, uint16_t Page, uint16_t Size)

{

    uint16_t i;

    uint16_t uAddress;

    /* 采用串行EEPROM随即读取指令序列，连续读取若干字节 */

    uAddress = Page * 0x0040;

    /* 第1步：发起I2C总线启动信号 */

    IIC_Start();    

    

    /* 第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */

    IIC_Send_Byte(EEPROM_DEV_ADDR_Page | I2C_WR);   /* 此处是写指令 */  

    

    /* 第3步：等待ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }

    

    /* 第4步：发送字节地址高8位 */

    IIC_Send_Byte((uint8_t)(uAddress>>8));  

    

    /* 第5步：等待ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }  

    /* 第6步：发送字节地址低八位 */

    IIC_Send_Byte((uint8_t)uAddress&0xff);  

    

    /* 第7步：等待ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }

    /* 第8步：重新启动I2C总线。前面的代码的目的向EEPROM传送地址，下面开始读取数据 */

    IIC_Start();    

    

    /* 第7步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */

    IIC_Send_Byte(EEPROM_DEV_ADDR_Page | I2C_RD);   /* 此处是读指令 */

      

    /* 第8步：发送ACK */

    if (IIC_Wait_Ack() != 0)

    {

        goto cmd_fail;  /* EEPROM器件无应答 */

    }  

      

    /* 第9步：循环读取数据 */

    for (i = 0; i < Size; i++)

    {

        ReadBuf[i] = IIC_Read_Byte();   /* 读1个字节 */

          

        /* 每读完1个字节后，需要发送Ack， 最后一个字节不需要Ack，发Nack */

        if (i != Size - 1)

        {

            IIC_Ack();  /* 中间字节读完后，CPU产生ACK信号(驱动SDA = 0) */

        }

        else

        {

            IIC_NAck(); /* 最后1个字节读完后，CPU产生NACK信号(驱动SDA = 1) */

        }

    }

    /* 发送I2C总线停止信号 */

    IIC_Stop();

    return 1;   /* 执行成功 */

   

cmd_fail: /* 命令执行失败后，切记发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 */

    /* 发送I2C总线停止信号 */

    IIC_Stop();

    return 0;

}

   

6 M24256读写测试

使用Proteus 和Stm32CubeMX keil 联合开发，对M24256的读写测试进行仿真分析。

图6-1 仿真搭建

6.1 按字节读写测试结果

代码如下

W24256_Byte_Write(0x01,0x0000);

HAL_Delay(100);

W24256_Byte_Read(0x0000);

HAL_Delay(500);

图6-2 仿真结果

第一行

S

A0

A

00

A

00

A

01

A

P

向1101 000x设备的0x0000地址写入0x01数据

   

第二行

S

A0

A

00

A

00

A

Sr

A1

A

01

N

P

从1101 000x设备的0x0000地址读出数据，读出的数据为0x01

   

6.2 按页读写测试结果

uint8_t Data[3]={0x01,0x05,0xff};

uint8_t DataRead[3]={0x00,0x00,0x00};

W24256_Page_Write(Data,10,3);

HAL_Delay(100);

W24256_Page_Read(DataRead,10,3);

HAL_Delay(500);

图6-3 仿真结果

第一行

S

A0

A

02

A

80

A

01

A

05

A

FF

A

P

向1101 000x设备的第10页（0X0280）写入0x01、0X05、0XFF三个字节数据

   

第二行

S

A0

A

02

A

80

A

Sr

A1

A

01

A

05

A

FF

N

P

从1101 000x 设备的第10页（0x0280）读取3个字节数据，读出的数据为 0x01、0x05、0xff

   

6.3 按字节读写多个字节测试

    uint8_t Data[3]={0x01,0x05,0xff};

    uint8_t DataRead[3]={0x00,0x00,0x00};

    W24256_Write(0x0000,Data,3);

    HAL_Delay(100);

    W24256_Read(0x0000,DataRead,3);

    HAL_Delay(500);

   

图6-4 仿真结果

第一行	S	A0	A	00	A	00	A	01	A	P	向1010 000x设备的0x0000地址写入0x01数据
第二行	S	A0	A	00	A	01	A	05	A	P	向1010 000x设备的0x0001地址写入0x05数据
第三行	S	A0	A	00	A	02	A	FF	A	P	向1010 000x设备的0x0002地址写入0xFF数据

   

第四行

S

A0

A

00

A

00

A

Sr

A1

A

01

N

P

从1010 000x设备的0x0000地址读取数据，结果为0x01

第五行

S

A0

A

00

A

01

A

Sr

A1

A

05

N

P

从1010 000x设备的0x0001地址读取数据，结果为0x05

第六行

S

A0

A

00

A

02

A

Sr

A1

A

FF

N

P

从1010 000x设备的0x0002地址读取数据，结果为0xFF

 

 

制作不易，如有错误或者不好理解的地方请留言

如果需要仿真源文件，请联系EMAIL:whl1457139188@163.com

并添加QQ:975107705

请注明M24256 读写测试