I2C-BUS監(jiān)控E2PROM器件CAT24C021及應(yīng)用

摘要：ACT24C021是美國(guó)CATALYST公司生產(chǎn)的電源監(jiān)控復(fù)位器件，它將串行E2PROM、監(jiān)控復(fù)位電路、看門狗定時(shí)器集成在一體，采用該芯片中有效簡(jiǎn)化微控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。文中介紹了CAT240C021的功能和實(shí)際接口電路及其在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控電路 CAT24C021 I2C總線 E2PROM

CAT24C021是美國(guó)CATALYST公司生產(chǎn)的電源監(jiān)控復(fù)位器件，它是集E2PROM存儲(chǔ)器、看門狗定時(shí)器、復(fù)位控制器三種功能為一體的芯片，在很大程序上降低了系統(tǒng)成本其對(duì)電路板空間的要求。其內(nèi)置的看門狗定時(shí)器為微處理器提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，在超時(shí)之后，復(fù)位信號(hào)便做出響應(yīng)。其Vcc檢測(cè)電路可使系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)檢測(cè)到最小工作電壓時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位，直到Vcc返回到正常值為止。其存儲(chǔ)器部件采用的是2048位串行的E2PROM，具有簡(jiǎn)單的2線I2C接口。

1 CAT24C021的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)

CAT24021采用8腳DIP和SOIC封裝，圖1為其DIP封裝的引腳排列圖，圖2為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。以下為CAT24C021的引腳功能描述。

NC：空腳；

RESET：低電平復(fù)位輸出信號(hào)；

WP：將該管腳接高電平，E2PROM就實(shí)現(xiàn)了保護(hù)（只讀）；讀該管腳接地或懸空，可以對(duì)E2PROM實(shí)行改寫操作；

Vss：地；

SDA：串行數(shù)據(jù)/地址輸入腳，用來輸入輸出數(shù)據(jù)。和其它的I2C總線一樣，該腳為漏極開路輸出，需接上拉電阻。作為輸入口時(shí)，該引腳上的電平跳變將復(fù)位看門狗定時(shí)器；

SCL：串行輸入輸出數(shù)據(jù)時(shí)，該引腳用于輸入時(shí)鐘；

RESET：高電平復(fù)位輸出信號(hào)；

Vcc：電源電壓。

1.2 特點(diǎn)

CAT24C021的主要特點(diǎn)如下：

●數(shù)據(jù)線上的看門狗定時(shí)器占用I/O口特少；

●具有可編程的復(fù)位門檻電平；

●具有簡(jiǎn)單的2線I2C總線接口；

●400kHz高數(shù)據(jù)傳送速率；

●2.7～6V的寬工作電壓范圍；

●采用低功耗CMOS工藝；

●采用16字節(jié)頁寫緩沖區(qū)；

●具有片內(nèi)防誤擦寫保護(hù)；

●可同時(shí)提供高、低電平復(fù)位信號(hào)輸出；

●具有100萬次擦寫周期（比其它系列串行E2PROM大一個(gè)數(shù)量級(jí)）；

●數(shù)據(jù)保存可長(zhǎng)達(dá)100年；

●商用級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車溫度范圍。

2 工作原理

2.1 復(fù)位控制

在系統(tǒng)出現(xiàn)故障、上電/掉電期間及外部觸發(fā)信號(hào)作用下，CAT24C021能夠提供一個(gè)可靠的復(fù)位信號(hào)，其典型的復(fù)位脈沖寬度為200ms。

2.2 看門狗定時(shí)器

看門狗定時(shí)器為微控制器提供一個(gè)獨(dú)立的保護(hù)，如果在1.6秒內(nèi)SDA管腳上的電平未發(fā)生跳變，CAT24C021將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。

2.3 硬件數(shù)據(jù)信號(hào)

CAT24C021的數(shù)據(jù)保護(hù)措施保證了數(shù)據(jù)的高度完整性，具體措施有兩種：

（1）具有WP寫保護(hù)引腳，將WP接到高電平，存儲(chǔ)器被寫保護(hù)（只讀）；

（2）當(dāng)Vcc下降到復(fù)位門檻電平VTH以下時(shí)，E2PROM讀寫禁止。

2.4 復(fù)位門檻電平

CAT24C021具有5種不同的復(fù)位門檻電平，分別為4.50～4.75V，4.25～4.5V，3.00～3.15V，2.85～3.00V，2.55～2.70V。為了設(shè)計(jì)使用的靈活性，CAT24C021可編程將當(dāng)前的復(fù)位門檻電壓轉(zhuǎn)換成另外四種復(fù)位門檻電壓。一旦設(shè)定了門檻電壓，即使重復(fù)循環(huán)上電，復(fù)位門檻電壓值不會(huì)改變，除非使用編程器。

2.5 對(duì)CAT24C021 E2PROM的讀寫操作

除了在進(jìn)行寫操作時(shí)需將WP置低電平外，CAT24C021完全遵從I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。

3 應(yīng)用

在非接觸IC卡收費(fèi)機(jī)用FLASH存儲(chǔ)器29C010A作為交易數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因?yàn)?9C010A具有扇區(qū)操作特性，每次必須寫入128個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù)，而1條交易記錄只有16個(gè)字節(jié)。所以筆者把CAT24C021作為暫存區(qū)（斷電數(shù)據(jù)保持），當(dāng)存滿128字節(jié)（即8條記錄）后，再寫入29C010A，這樣便減少了對(duì)29C010A寫操作的次數(shù)，延長(zhǎng)了芯片使用壽命。CAT24C021擦寫次數(shù)為1000000次，可寫入交易數(shù)據(jù)的總記錄條數(shù)為2×8×100000016000000條，以每天發(fā)生1000條交易數(shù)據(jù)，一年按365天來計(jì)算，一片CAT24C021可使用16000000÷（365×1000）=43年！

CAT24C021與I2C串行總線的E2PROM器件相同，它們都使用兩線通信協(xié)議，而CAT24C01增加了寫保護(hù)引腳WP，從而使器件具有較大靈活性，另外還可與其它需要高或低電平復(fù)位的微控制器或集成電路相連，在此筆者以89C51為例給出了CAT24C021與其接口的電路圖，如圖3所示。

89C51與CAT24C021接口應(yīng)用的軟件包括：發(fā)送起始位、發(fā)送停止位、發(fā)送應(yīng)答位、檢查應(yīng)答位、字節(jié)寫、字節(jié)讀、復(fù)位看門狗定時(shí)器等子程序，限于篇幅，在此從略。

4 使用注意事項(xiàng)

（1）CAT24C021的高復(fù)位輸出引腳7須下拉，低復(fù)位輸出引腳2須上位，否則不能對(duì)CAT24C021的E2PROM進(jìn)行正常操作；電阻通常選擇2kΩ～20kΩ；

（2）CAT24C021的最小復(fù)位脈沖為130ms，可滿足大多數(shù)芯片的復(fù)位要求，當(dāng)要求的復(fù)位時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，可增加一級(jí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；

（3）CAT24C021的看門定時(shí)器溢出時(shí)間為1.6秒，如果對(duì)I2C總線的訪問周期大于溢出時(shí)間，應(yīng)在SDA管腳通過輸入上升沿（下降沿也可）信號(hào)來復(fù)位看門狗定時(shí)器；

（4）CAT24C021除了電復(fù)位和看門狗溢出復(fù)位外，也可由外部觸發(fā)信號(hào)對(duì)其復(fù)位，即2腳輸入負(fù)脈沖或第7腳輸入正脈沖，此功能可用于手動(dòng)復(fù)位。

（5）在使用某些早期的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，由于受開發(fā)系統(tǒng)RST的影響，CAT24C021將持續(xù)輸出復(fù)位信號(hào)（即RESET引腳恒為高），而導(dǎo)致無法進(jìn)行仿真調(diào)試，這時(shí)可暫時(shí)割斷CAT24C021的RESET引腳與仿真CPU之間的連線；

（6）建議用戶不要使用可編程復(fù)位門檻電壓轉(zhuǎn)換功能。

CATALYST公司還提供了CAT24C041、CAT24C081、CAT24C161系列產(chǎn)品，其功能與CAT24C021一致，但其內(nèi)部的E2PROM容量分別為4k、8k、16k位，用戶可根據(jù)需要選用。