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基于I2C串行通信的EEPROM在电视中的设计应用

发布时间:2020-06-30 23:53:54 阅读: 来源:茶碗厂家

1 前言

近年来,数字化电视技术迅猛发展,特别是遥控系统的面市,各厂商在电视机中加人微处理器(MCU),各种人工智能化彩电完全替代了老式电视手动(机械式)控制和记忆方式。随着电视专用MCU功能日益强大,用户使用的功能日趋丰富,所需存储的数据和刷新速度不断提高,先后涌现出各种型号和规格的存储器。目前,电视机中应用最为广泛的是E2PROM。

因为E2PROM保存着大量与电视机工作状态密切相关的数据,其可靠性就遥控电视而言至关重要,视为第二核心器件。E2PROM与第一核心器件 (MCU)保持通信,并存储电视机的工作信息。有时由于存储数据的丢失造成重大损失,甚至导致数据无法修复。因此,在电视系统中,对于系统数据和用户数据的存储一般采用电可擦除存储器E2PROM。E2PROM具有操作简便、数据存储时间长、存储温度范围广、可擦写次数多等优点。以ATMEL公司推出的 AT24CXX系列为代表的串口通信E2PROM,以其质量可靠、接口简单等优点,逐渐成为电视产品设计中E2PROM的首选器件。

2 AT24CXX系列简介

与并行通信存储器相比,串行通信存储器以其占用很少的资源和I/O总线、体积小等优点而应用广泛。典型的串行通信E2PROM AT24CXX是I2C总线串行器件,具有工作电源宽(1.8~5.5 V),抗干扰能力强f输入引脚内置施密特触发器滤波抑制噪声),功耗低(写状态时最大工作电流3 mA),高可靠性(写次数100万次,数据保存100年),支持在线编程等特点。

图1给出AT24CXX的内部结构框图,SDA引脚可实现双向串行数据传输,在SCL引脚输入时钟信号的上升沿将数据送入E2PROM,并在时钟的下降沿将数据读出。

根据存储器空间地址的大小,AT24CXX分为C02/2K、C04/4K、C08(A)/8K、C16/16K等多种版本,各版本器件除存储空间不同外,其内部性能基本一致,用户可根据实际使用的条件合理选择相应器件。A2、A1和A0引脚为AT24CXX的硬件连接的器件地址输入引脚。一条总线上最多可挂接8个AT24C02或4个AT24C04或2个AT24C08(A)或1个AT24C16。

另外,AT24CXX系列器件具有用于硬件数据写保护功能引脚。当该引脚接低电平时,允许器件正常读/写操作;当该引脚接高电平时,器件启动写保护功能。各版本器件的写保护功能说明及存储结构如表1所示。

3 AT24CXX在彩电中的设计及应用

虽然AT24CXX外围引脚和元件数很少,接口电路简单,但在实际CRT彩电应用中,由于电视机内存在高压跳火等干扰信号,E2PROM会出现一些“怪”现象,导致电视机工作异常。以下给出导致电视机异常工作的主要现象。

3.1 非人为因素改变E2PROM部分数据

这种现象表现为电视机的工作状态在某次开机后工作异常。如果在发现异常后无任何处理,将在一段时间内保持异常状态。最常见现象如系统关键数据 (行、场数据)的突变,这种现象一般是由开机时显像管打火或其他原因导致I2C总线数据线工作异常产生的误操作。出现这种现象时,如果在工厂菜单或用户菜单里根据标准数据调整这些突变的数据,则可以纠正解决;如果这些突变的数据无法调整,则必须采取软件复位、E2PROM赋初始值等方法解决。

从硬件上预防这种现象的方法大多是在I2C总线的SDA、SCL数据线靠近E2PROM引脚处,与地线间加稳压二极管,从而起到保护总线端口的作用,如图2中的VD1、VD2。根据长期产品跟踪的结果表明,采用此方法E2PROM数据出错率小于3‰。但是此方法只能减小寄存器数据出错率,而不能从根本上消除数据出错,但一般也不会导致E2PROM相应数据区域物理损坏。这种方法的优点是简单易行,几乎不占用器件资源。

目前最科学的方法是利用E2PROM的写保护功能,AT24C08A的第7引脚是数据通信写保护引脚WP(低电平有效),将其与MCU处理器 I/O接口连接,如图3所示。在E2PROM写操作期间,MCU处理器I/O接口输出低电平,E2PROM允许I2C总线写入数据,而在其他操作过程中,该I/O接口输出高电平,E2PROM不允许I2C总线写入数据。此方法成本低(省去两个稳压二极管),出错率更低,但需软件支持。根据统计,使用 E2FROM写保护功能,数据出错率小于1‰。如果同时使用上述这两种方法,E2PROM数据出错率则更低,效果更佳。

3.2 E2PROM部分区域物理损坏

常温下,短期内不会产生E2PROM部分区域物理损坏的现象。由于E2PROM在常温下的可擦写100万次。但在高温下,E2PROM的可擦写数大大降低。如果高温下频繁对E2PROM进行擦写操作,短期内易导致E2PROM部分区域物理损坏。其表现为特定数据无法正常存储,即使使用烧录器强制烧录也不能恢复。判定E2PROM部分区域物理损坏的方法:用烧录器将E2PROM中每个地址分别置0和1状态,可检查有无区域物理损坏。确认是 E2PROM损坏,则必须更换新的E2PROM才能排除电视机的故障。若软件处理不当则引起这种现象。要防止这种情况发生必须从软件着手,从而避免对特定区域频繁操作。典型实例是某高清CRT彩电AFT频率自动跟踪系统及其他一些判别系统的软件设计。以AFT频率自动跟踪系统为例,当环境工作温度及电源电压变化后,高频调谐器会有一定的频率点漂移。软件设计时,频率点偏移后,软件程序应即时记录下新的频率点偏移电压值并将其数值存储到E2PROM指定地址中。高温下,由于相关器件的参数发生变化,频点会随温度升高不断漂移,使E2PROM数据刷新异常频繁,从而导致电视机在高温负荷试验中出现E2PROM 物理损坏。在查明原因后,应对该软件进行修改,将实时存储频点数据方式改为频率跟踪掉电存储方式,即只在电视机关机掉电的情况下记录该数据,这样可减少 E2PROM数据刷新次数,从而解决上述问题。

4 结语

E2PROM作为一种通用存储器件,在设计时往往容易忽视一些对其细节方面的考虑,其中一些问题在设计试制阶段被发现并解决,还有一些问题是要在量产乃至售后一段时间后才暴露出来。因此,完整的现代电子产品系统,更多的是需要依靠软硬件相互配合开发,才能使产品的可靠性到达最佳状态。

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