单片机i2c串口总线扩展设计

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1、单片机I2C串口总线扩展设计学生：何先炎指导教师：徐爱均/教授1绪论1．1研究的目的及意义随着电子科学技术的飞速发展,存储器件也不断的更新换代,人们与存储器件的关系也越来越密切。从汞延迟线、磁带、磁鼓、磁心到磁盘、光盘以及纳米存储，每一次的技术的进步都拉近了人与存储器之间的距离。有了存储器,计算机才具有记忆功能,从而实现程序存储,使计算机能够自动高速地进行各种复杂的运算存储器大致可分为两大类：易失和非易失。易失存储器在系统关闭时立即失存储在内的信息；它需要持续的电源供应以维持数据。大部分的随机存储器（RAM）都属于易失存储器

2、。非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。一个非易失存储器（NVM）器件通常也是一个MOS管，拥有一个源极，一个漏极，一个门极另外还有一个浮栅（FLOATINGGATE）。它的构造和一般的MOS管略有不同：多了一个浮栅。浮栅被绝缘体隔绝于其他部分。非易失存储器又可分为两类：浮栅型和电荷阱型。Kahng和Sze在1967年发明了第一个浮栅型器件，在这个器件中，电子通过3nm厚度的氧化硅层隧道效应从浮栅中被转移到substrate中[3]。隧道效应同时被用于对期间的编程和擦除，通常它适用于氧化层厚度小于12nm。储

3、存在浮栅中的电荷数量可以影响器件敌值电压,由此区分期间状态的逻辑值1或0。在浮栅型存储器中，电荷被储存在浮栅中，它们在无电源供应的情况下仍然可以保持。所有的浮栅型存储器都有着类似的原始单元架构。第一个门极被埋在门极氧化层和极间氧化层之间，极间氧化层的作用是隔绝浮栅区，它的组成可以是氧-氮-氧，或者二氧化硅。包围在器件周围的二氧化硅层可以保护器件免受外力影响。第二个门极被称为控制门极，它和外部的电极相连接。浮栅型器件通常用于EPROM(ElectricallyProgrammableReadOnlyMemory)和EEPROM

4、(ElectricallyErasableandProgrammableReadOnlyMemory)。电可擦除可编程EEPROM在应用系统中既可由软件对其内容进行随机读写，又可在芯片断电的情况下长期保存片内信息，因此兼备了RAM和ROM的基本特点。EEPROM有串行和并行两大类。并行EEPROM存储容量较大，读写方法简单，但价格较高，适用于信息量较多的场合。串行EEPROM结构简单紧凑，价格低廉，但其读写方法复杂，存储单元较小,一般用于掉电情况下需要保存或一些数据需要在线修改的场合，这类数据不多却很重要,若使用常规的RAM

5、芯片，就必须附带一套性能可靠的掉电保护系统，这不仅增加了线路设计的复杂性，同时也给设备的运行和维护带来了诸多不便。使用串行EEPROM来存储这类数据是最合适不过的。尤其随着当今智能化仪表趋于小型化，再加上真正需要保存的以及预设的数据位、控制位、保密位并不占据太多的存储空间，串行EEPROM的体积小，功耗低，硬件接口非常简单，因而越来越受到人们的重视，在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到广泛的应用。在测量仪器中使用EEPROM保存数据，这是仪器具有校准、标定功能的基本条件EEPROM读写数据安全可靠保证了在测量过程中数据稳定。

6、但和Flash存储器进行比较,Flash存储器结合了以往EPROM结构简单、密度高和EEPROM在系统的电可擦除性的一些优点,实现了高密度、低成本和高可靠性[6]。Flash存储器和传统存储器的最大区别在于它是按块(sector)擦除,按位编程,从而实现了快闪擦除的高速度[7]。电荷阱型器件是在1967年被发明的，也是第一个被发明的电编程半导体器件。在这类型的存储器中，电荷被储存在分离的氮阱中，由此在无电源供应时保持信息。电荷阱器件的典型应用是在MNOS(MetalNitrideOxideSilicon)，SNOS(Sili

7、conNitrideOxideSemiconductor)和SONOS(SiliconOxideNitrideOxideSemiconductor)中。1．2现状分析及发展趋势I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。近年来，随着半导体技术的不断发展，陆续出现了一些新的数据要求非常严格的芯片，

8、比较典型的有基于I2C总线接口的24系列，基于SPI总线的25系列，以及并行总线接口的28系列，29系列，这些芯片的特点是芯片掉电后数据不会丢失，数据可以保存几年、甚至几十年，这些芯片采用I2C、SPI或Microwire串行总线协议，与单片机接口通常仅占用2～4个I/O口，可以最大限度地