在仪器仪表及其他一些嵌入式系统中，通常需要存储一些设置参数、现场数据，这些参数和数据要求系统掉电时不丢失，在下次加电工作时系统能够自动恢复原先设定的数据。为了实现上述功能，通常需要给系统配置一定容量的EEPROM。本文以笔者设计某型号的智能流量计时，在应用EEPROM的过程中遇到的问题及解决方法为例，来说明EEPROM的应用方法。具体包括：系统中EEPROM的配置方法、EEPROM驱动程序的设计方法、延长EEPROM寿命的方法。

1EEPROM的配置

当系统需要EEPROM功能时，如何进行配置是在系统设计初期选择微控制器时就要考虑的问题。尽管越来越多的微控制器配备了内部的EEPROM，但是还有大量的微控制器（比如传统的MCS51单片机、PIC系列大部分型号的产品、MC68HC05/08系列大部分型号的产品）没有配置内部的EEPROM。因此，在选择微控制器的时候就需要综合考虑各种因素，以确定EEPROM的配置方案是采用内部EEPROM还是采用外扩的方式，这直接影响系统的可扩展性、安全性及综合成本。

采用外扩EEPROM时，以串行通信方式居多，常见的串行通信方式有I2C、SPI、Microwire等几种形式。采用外扩EEPROM时，可以根据系统的实际需求灵活选择容量合适的EEPROM芯片，比如Atmel公司的AT24C01/02/04等不同容量的芯片，其中AT24C1024B的容量为1 Mbit，选择空间十分大。尽管采用外扩EEPROM具有廉价、灵活的特点，但其缺点是占用微控制器有限的引脚资源，电路结构复杂，同时保密性差。

笔者在设计流量计时综合考虑各种因素，采用微控制器内置的EEPROM，选用的单片机是Microchip公司的PIC16F876A，在其内部作为一个片内外设模块配置了容量为256×8位的EEPROM，通过特殊功能寄存器对其进行读写。与外扩EEPROM的方式相比，此种方案具有电路结构简单、开发方便、数据保密性好的优点。

2EEPROM驱动程序的设计

EEPROM驱动程序的设计方法与EEPROM的配置方案、选用的微控制器及开发工具有关。笔者在设计流量计时采用的是微控制器内部自带的EEPROM，选用的单片机是PIC16F876A，集成开发环境是Microchip公司的MAPLAB 8.3及HITECH公司的C编译器PICC 9.5。下面详细介绍一下EEPROM驱动程序的设计方法。

为了对单片机内部的EEPROM进行读写，单片机额外增加了4个特殊功能寄存器：地址寄存器EEADR、数据寄存器EEDATA、读写控制第一寄存器EECON1、写控制第二寄存器EECON2。按照规定的操作步骤对这几个寄存器进行操作，就可以完成对EEPROM一个字节的读写操作。但实际进行驱动程序设计时，可以直接利用PICC提供的EEPROM读写函数，函数原型为：

unsigned char eeprom_read（unsigned char addr）;

EEPROM读函数，addr为欲读的单元的地址，返回值为指定单元的数据。

void eeprom_write（unsigned char addr, unsigned char value）;

EEPROM写函数，addr为欲写入的单元的地址，value为欲写入的数据。

上述两个函数只能够实现单个字节的读写，而在系统运行过程中通常要求写入EEPROM中的数据为多字节。比如，流量计在运行过程中通常需要将累积量写入EEPROM中，为了保证足够的计数范围和累积精度，在编程时将累积量定义为double型的变量，PICC默认的double型变量为24位，但可以通过改变编译选项改为32位，笔者采用的是32位。那么如何将4字节的累积量写入EEPROM和从EEPROM读出呢？浮点数存储时是存放在连续的字节中的，只要设法找到存储位置就可以找到4个字节中每个字节的值，从而分别对其读写。编程实现时可以定义一指针变量，通过指针进行操作。

以下两个函数是笔者自行编制的用于EEPROM读写的函数：

void ee_double_write（unsigned char addr, double data） {

unsigned char *p,i;

p = （unsigned char *）&data;

for（i=0; i<=3;i++） {

eeprom_write（addr+i,*p）;

p++;

}

}

向EEPROM中写入double型数据，addr为需要写入的数据在EEPROM中的首地址，data为需要写入的数据。

double ee_double_read（unsigned char addr） {

unsigned char array[4],i;

double *p;

for（i=0; i<=3; i++）

array[i]=eeprom_read（addr+i）;

p = （double *）array;

return（*p）;

}

从EEPROM中读出double型数据，addr为读出数据在EEPROM中的首字节地址，函数返回值为double型数据。其他类型的数据在EEPROM中的读写方法与此类似，不再赘述。

3延长EEPROM寿命的方法

向EEPROM中写入数据实际是一个烧写的过程，对EEPROM具有一定的破坏性，因此一个EEPROM单元的擦写次数是受限的。具体擦写次数视不同厂家、不同系列的芯片而定。Microchip公司的PIC16F876A内部EEPROM的擦写次数据为100万次（数据文档记录），对于一些不需要频繁改变的参数（比如流量计中上限流量、下限流量等设定参数）而言完全可以满足要求。但是当用固定的4字节存放流量累积量时，是不能满足要求的。因为，在综合考虑各种因素后，要求流量计在运行时每10 s存放1次累积量，则EEPROM能安全运行的天数为：1×106/（360×24）≈117天，不能满足要求。必须采用一定的方法延长EEPROM的读写寿命。

笔者采用的方法是在EEPROM中开辟一段空间滚动存放累积量，具体实现办法是：将EEPROM中地址为1～160的单元用于滚动存放累积量，每4字节为一组，共40组，每组连续存放50次（根据需要可以改为其他数值），然后在下一组中存放。当在第40组（起始首字节地址为157）连续存放50次后，再回滚到第1组（起始首字节地址为1）开始存放。由全局变量SaveTime记录在某一组连续存放的次数。EEPROM中地址为0的单元用于存放当前累积量有效值所在组的首字节地址（记为SaveAddr），当某一组连续存放50次，滚入下一组时更新SaveAddr的值。具体流程如图1所示。

实现上述功能的函数为：

void ee_Cumulation_write（double data） {

SaveTime++;//同一组位置连续存的次数加1

if（SaveTime > 50） {

SaveTime = 0;

SaveAddr += 4;

//转到下一组位置

if（SaveAddr > 157）

//到达上边界，回转

SaveAddr = 1;

eeprom_write（0,SaveAddr）;

//EEPROM位置0存放当前累积量的首址

}

ee_double_write（SaveAddr,data）;//存放累积量

}

图1写EEPROM流程

采用此种方法后，EEPROM的寿命可以延长40倍，为117天×40=4 680天≈12.8年，可以充分满足要求。当采用此种方法写累积量后，若需要读出累积量则需要首先读取EEPROM地址0的内容，得到有效累积量的存放首地址，然后再调用函数ee_double_read（）进行读取。

结语

本文以笔者设计的某型号智能流量计为背景，总结了EEPROM在仪表及嵌入式系统中应用时需要注意的问题，以及相应解决方法。希望本文能够对读者有所启发和帮助，起到抛砖引玉的作用。