AT24CM01芯片的时序是如何进行控制的？

落子无悔~勇往直前

371人浏览 · 2026-03-23 18:31:26

落子无悔~勇往直前 · 2026-03-23 18:31:26 发布

最近设计工程时发现上次使用的AT24C128M已经不能满足数据存储了，所以重新选用一个更大的容量进行存储，因此时序也会发生一定的变换。

一、芯片概述

AT24CM01 是 Atmel（现 Microchip）推出的一款 1Mbit（131,072 x 8） 的串行 I²C 接口 EEPROM 芯片。

项目	规格
型号	AT24CM01
容量	1 Mbit = 131,072 字节 = 128 KB
接口	I²C（2-wire）
电压版本	1.7V - 5.5V / 2.5V - 5.5V
封装	SOIC、TSSOP、WLCSP 等
工作温度	-40°C 至 +85°C（工业级）

二、核心特性

1. 电气特性

参数	规格	说明
工作电压	1.7V - 5.5V	宽电压范围，兼容 1.8V/3.3V/5V 系统
待机电流	1.0μA (1.7V) / 6.0μA (5.5V)	低功耗，适合电池供电设备
工作电流	2.0mA（读）/ 3.0mA（写）	典型值 @5V/400kHz
输入漏电流	±3.0μA（最大）	低输入漏电
输出低电平	0.2V (@1.7V, 0.15mA) / 0.4V (@3V, 2.1mA)	标准 I²C 电平

2. 时序特性

参数	1.7V	2.5V/5.0V	单位
最大时钟频率	400	1000	kHz
写周期时间	5	5	ms
噪声抑制时间	100	50	ns
时钟低电平时间	1300	400	ns
时钟高电平时间	600	400	ns
数据建立时间	100	100	ns
数据保持时间	0	0	ns
启动/停止建立时间	600	250	ns

3. 可靠性

参数	规格	说明
擦写寿命	1,000,000 次	100万次写入循环
数据保持	40 年	在 25°C 条件下
ESD 保护	>4000V	人体模型

三、存储组织

1. 内部结构

text

总容量: 1,048,576 位 = 131,072 字节
页大小: 256 字节
页数量: 512 页
地址位数: 17 位 (A16 - A0)

2. 页结构示意

text

Page 0:  地址 0x00000 - 0x000FF
Page 1:  地址 0x00100 - 0x001FF
Page 2:  地址 0x00200 - 0x002FF
...
Page 511: 地址 0x1FF00 - 0x1FFFF

四、引脚与封装

1. 引脚配置（8-pin SOIC/TSSOP）

引脚	名称	功能
1	NC	无连接（No Connect）
2	A1	设备地址输入（硬件地址位1）
3	A2	设备地址输入（硬件地址位2）
4	GND	地
5	SDA	串行数据（双向，开漏）
6	SCL	串行时钟（输入）
7	WP	写保护（高电平有效）
8	VCC	电源（1.7V - 5.5V）

2. 封装选项

封装代码	封装类型	特点
8S1	JEDEC SOIC	8引脚，0.150" 宽
8S2	EIAJ SOIC	8引脚，0.208" 宽
8X	TSSOP	8引脚，4.4mm 本体
8U-6	WLCSP	8球，晶圆级芯片尺寸封装

五、设备地址与寻址

1. 设备地址格式

Bit 7	Bit 6	Bit 5	Bit 4	Bit 3	Bit 2	Bit 1	Bit 0
1	0	1	0	A2	A1	P0	R/W

高4位固定为 1010（0xA）
A2, A1：硬件地址引脚，最多支持 4 个器件 共享总线
P0：地址第17位（A16），用于扩展寻址
R/W：0=写，1=读

2. 17位地址分布

地址位	位置
A16	设备地址字节的 P0 位
A15 - A8	第一个字地址字节
A7 - A0	第二个字地址字节

3. 地址示例

text

要访问的地址: 0x1A2B3 (二进制: 1 1010 0010 1011 0011)

设备地址: 1010 A2 A1 P0 R/W
         = 1010 00 1 0 = 0xA4 (假设 A2=0, A1=0, P0=1, 写操作)

字地址高8位: 1010 0010 = 0xA2
字地址低8位: 1011 0011 = 0xB3

六、操作模式

1. 写操作

模式	说明
字节写	写入单个字节，需要发送设备地址 + 2字节字地址 + 数据
页写	最多连续写入 256 字节，地址低8位自动递增

1.1 字节写（Byte Write）

序列：
Start → 设备地址 (W=0) → Ack → P0 + 高位地址 → Ack → 低位地址 → Ack → 数据 → Ack → Stop（根据芯片手册）

示例（向地址 0x1A2B3 写入 0x55）：

P0 = bit16 of 0x1A2B3 = 1
高位地址 = 0x2B
低位地址 = 0x03

Start
发送 0xA6 (1010 A2 A1 1 0)   // 假设 A2=0, A1=0
Ack
发送 0x2B
Ack
发送 0x03
Ack
发送 0x55
Ack
Stop

1.2 页写（Page Write）

最多一次写入 256 字节（同一页内）
地址低 8 位自动递增，高 9 位（含 P0）不变
超过页边界会覆盖页内开头

序列：
Start → 设备地址 (W) → Ack → 字地址（含 P0）→ Ack → 多个数据字节（每个后都有 Ack）→ Stop（根据芯片手册）

页写注意事项：

超过页边界时，地址回绕到当前页开头
建议每次写入不超过页内剩余空间

2. 读操作

模式	说明
当前地址读	读取内部地址计数器指向的字节
随机读	先执行伪写设置地址，再执行读操作
顺序读	连续读取多个字节，地址自动递增

2.1 当前地址读（Current Address Read）

直接读出内部地址计数器指向的字节（上次访问地址 + 1）

序列：
Start → 设备地址 (R=1) → Ack → 读取数据 → No Ack → Stop

2.2 随机读（Random Read）

使用一个“伪写”来设置地址，然后读。

序列：
Start → 设备地址 (W) → Ack → 17 位字地址 → Ack → Restart → 设备地址 (R) → Ack → 读取数据 → No Ack → Stop

2.3 顺序读（Sequential Read）

可连续读取多个字节
每读完一个字节后主机回应 Ack，直到不想再读时回应 No Ack + Stop

3. 写保护

WP 引脚状态	效果
GND	正常读写操作
VCC	全芯片写保护，禁止任何写入

七、时序波形

1. 总线时序

text

SCL:  /‾‾‾\___/‾‾‾\___/‾‾‾\___
SDA:  ___/‾‾‾\_______/‾‾‾\___
      Start   Bit7   Bit0   Stop

2. 写周期时序

text

Start → 设备地址 → 字地址 → 数据 → Stop
                                    ↓
                              ┌─────────────┐
                              │  tWR = 5ms  │
                              │ 内部写周期  │
                              └─────────────┘

八、优势与局限

优势

优势	说明
大容量	1Mbit 存储空间，适合存储配置、日志、字库等
宽电压	1.7V - 5.5V，兼容多种系统电压
高速	1MHz 时钟频率（≥2.5V），快速数据传输
高耐久	100万次擦写寿命
大页写	256字节页写，提高写入效率
低功耗	待机电流仅 1μA
多器件	最多 4 个器件共享总线，总容量可达 4Mbit

局限

局限	说明
地址寻址复杂	17位地址需使用 P0 位，驱动需特殊处理
页边界限制	页写不能跨页，需要管理地址边界
挂载数量少	仅支持 4 个器件（A2、A1 两个地址引脚）
数据保持较短	40 年，低于 AT24C64D 的 100 年

九、应用场景

应用领域	典型用途
工业控制	参数存储、校准数据、运行日志
通信设备	MAC地址、配置信息、固件参数
消费电子	用户设置、设备状态、产品信息
医疗设备	患者数据、设备配置、校准参数
物联网终端	传感器校准、网络配置、数据记录

十、与其他型号对比

特性	AT24CM01	AT24C64D	AT24C128/256
容量	1 Mbit	64 Kbit	128/256 Kbit
页大小	256 字节	32 字节	64 字节
硬件地址线	2 条 (A2, A1)	3 条 (A2, A1, A0)	2 条 (A1, A0)
最大器件数	4 个	8 个	4 个
低压速度	400kHz @1.7V	400kHz @1.7V	100kHz @1.8V
写周期	5ms	5ms	10ms
擦写寿命	100万次	100万次	10万次
数据保持	40 年	100 年	40 年
地址位数	17 位（需 P0 位）	13 位	14/15 位

十一、驱动开发要点

FPGA接口设定

    input  wire        clk,          // 系统时钟 50MHz
    input  wire        rst_n,        // 异步复位，低有效
    
    // 用户接口
    input  wire        start,        // 启动传输
    output reg         busy,         // 忙标志
    output reg         done,         // 传输完成
    output reg         ack_error,    // ACK 错误标志
    
    // 发送/接收数据接口
    input  wire [7:0]  tx_data,      // 发送数据
    output reg  [7:0]  rx_data,      // 接收数据
    input  wire        tx_rx,        // 1=发送模式, 0=接收模式
    
    // I2C 总线接口 (需要外部上拉)
    output reg         scl,          // 时钟线
    inout  wire        sda           // 数据线