基于X24C45芯片的非易失性数据存储设计

　　目前非易失性的数据保存方法多采用EEPROM。但EEPROM也有其弱点,一是擦次数有限（多为10万次）,二是定入速率慢,这样就限制了其在许多需要频繁更新数据且需高速传输数据场合中的应用。

　　本文介绍的存储器芯片X24C45,可以较好地解决上述非易失性数据存储过程中遇到的难题。

　　1 X24C45的功能特点

　　X2C45是Xicor公司开发的一种设计思想独特的非易失性存储器。这种器件将RAM和EEPROM制作在同一块芯片上,RAM存储阵列（16×16）的各个bit与EEPROM存储阵列的各个bit一一对应,通过软件指令或外部输入能够使数据在两个存储阵列之间相互传送。其中的RAM存储阵列正常工作时能实现数据与外部芯片的随机存取功能,这样可保证该芯片适合数据快速存取的场合;而在电源电压降至阈值电压时,该芯片能自动将RAM中的当前数据传输至EEPROM中,这样就保证了掉电时的数据非易失性保存。掉电情况在绝大多数系统中都不会频繁出现,故对EEPROM的擦写次数相应地不会太多。而X24C45中EEPROM的擦写闪数又高达100万次,可见X24C45完全能胜任在数据频繁更新的场合实现非易失性存储的任务。

　　X24C45的引脚图如图1所示。

　　脚1为片选端,当该脚为高时片选有效,当该脚为低时芯片处于低功耗待机状态,且X24C45中的指令寄存器被复位;脚2为串行时钟端;脚3为串行数据输入;脚4为串行数据输出;脚5为接地端,脚8为电源端;脚7为漏极开路输出,当电源电压降至低于自动存储阀值电压VASTH（VASIT在4.0V～4.3V范围）时,脚7为低,对外部电路发出一个掉电报警或掉电复位信号,可见该芯片同时具有电源监视功能。脚6输入一个低电平时,将会执行由EEPROM将数据传输到RAM的操作。

　　2 X24C45的指令集及工作时序

　　X24C45的各种功能主要是由软件来实现。CPU通过DI端口向X24C45中的指令寄存器传送一个指令,以实现某个功能。其指令集如表1所示。

　　表1 X24C45指令集

　　由表1可见,所有指令的最高位都为“1”。所以在片选信号CE为高有效时,DI口由低电平跳变出一个时钟周期的高电平,表明开始输入一个指令,其工作时序如图2所示。

　　由RAM将数据存入EEPROM的操作条件限制较严格,为的是防止对EEPROM的意外写操作（因为EEDPROM的擦写次数有限,不必要的写操作应避免）。所以该存储功能的实现,必须满足以下三个条件同时成立：接收到STO指令;接收到WREN指令;接收到RCL指令或脚6电平被拉低。在将EEPROM的数据送回到RAM中的同时,应使X24C45内部的“前次数据恢复”锁存器置位。另外需要说明的是,在将RAM中的数据存入EEPROM的操作过程中,X24C45的其它所有功能都被禁止。

　　ENAS指令将X24C45内部的“自动存储器使能”锁存器置位,从而允许在电源电压降至低于自动存储阀值电压VASTH时,自动执行将RAM中的数据存入EEPRO的操作。