EEPROM芯片在铝电解控制系统中的应用

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[摘 要]介绍了基于eeprom芯片的闪存技术在铝电解控制系统中的应用。

[关键词]EEPROM 铝电解 AT24C512 控制

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0138-01

铝电解生产系列是由多台串联式铝电解槽组成。计算机数据采集信息为每台电解槽槽电压和系列电流，对电解槽的监控主要是槽电压和氧化铝浓度。槽电压控制是采用带电流补偿槽电阻数学模型控制算法，即调节槽电压，主要控制槽内的能量平衡；对于氧化铝浓度的控制，由于该浓度，即打壳下料，主要控制槽内物料平衡。由此可见电解铝只能控制系统在电解铝生产中起着不可替代的重要作用。那么怎么让电解铝控制系统更好的为生产服务成立我们研究的首要问题，为了达到更好的控制目的，首先我们应该正确并且稳定的采集数据。虽然槽控机在嵌入式程序编写时，会对生产各个参数赋值进行一个初始化，在断电复位后会使用默认值，但随着生产需要和各个电解槽工艺数据的差别各个生产参数会随时进行修改，如果槽控机断电后不能及时与上位机进行通讯，而使用默认初始化的生产参数值，势必会对铝电解生产产生一定的影响，降低铝电解生产效率。这就需要我们找到一个能解决此问题的方法，EEPROM便是一个很好的掉电保持数据的方法。

1.EEPROM的发展

在微机的发展初期，BIOS都存放在ROM（Read Only Memory，只读存储器）中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中，在工厂里用特殊的方法被烧录进去的，其中的内容只能读不能改，一旦烧录进去，用户只能验证写入的资料是否正确，不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误，则只有舍弃不用，重新订做一份。ROM是在生产线上生产的，由于成本高，一般只用在大批量应用的场合。

由于ROM制造和升级的不便，后来人们发明了PROM（Programmable ROM，可编程ROM）。最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料，用户可以用专用的编程器将自己的资料写入，但是这种机会只有一次，一旦写入后也无法修改，若是出了错误，已写入的芯片只能报废。PROM的特性和ROM相同，但是其成本比ROM高，而且写入资料的速度比ROM的量产速度要慢，一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。

EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）芯片可重复擦除和写入，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征，在其正面的陶瓷封装上，开有一个玻璃窗口，透过该窗口，可以看到其内部的集成电路，紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据，完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程器，并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压（VPP=12～24V，随不同的芯片型号而定）。EPROM的型号是以27开头的，如27C020（8*256K）是一片2M Bits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后，还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住，以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。

由EPROM操作的不便，后来出的主板上BIOS ROM芯片大部分都采用EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程ROM）。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以Byte为最小修改单位，不必将资料全部洗掉才能写入，彻底摆脱了EPROM Eraser和编程器的束缚。EEPROM在写入数据时，仍要利用一定的编程电压，此时，只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容，所以，它属于双电压芯片。

EEPROM是用户可更改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写）。不像EPROM芯片，EEPROM不需从计算机中取出即可修改。在一个EEPROM中，当计算机在使用的时候可频繁地反复编程，因此EEPROM的寿命是一个很重要的设计考虑参数。EEPROM是一种特殊形式的闪存，其应用通常是个人电脑中的电压来擦写和重编程。

2.AT24C512的优点

AAT24C512是ATMEL公司最近生产的512k位（64K×8位）串行大容量电可擦的可编程EEPROM存储器，其中的数据存储都是要用顺序存储法：每次存储数据时都是按照先后顺序依次写入数据空间。其具有存储时操作简单、删除数据简单、可实现数据空间的回收、可通过读取目录区查询数据等特点，所以我们使用AT24C512芯片来作为铝电解槽控制系统中的EEPROM存储芯片。

3.AT24C512在铝电解控制系统程序中的设计

铝电解槽控系统可通过目录区和页面分配区对AT24C512的全部数据实时文件化管理。在管理过程中，最主要的操作是添加文件和删除文件。

（1）添加文件

添加文件的主要工作是为新文件寻找存储空间，其寻找步骤如下：

①在目录区中寻找空位置。若目录区已经存满（最多存153个文件），则向用户报告并中止程序；否则，记录该位置（记为MyFile）。

②计算文件数据需占用的页面数，记为My？Page？。

③在页面分配区中寻找并统计标志为空的记录项，其内容为0EEEEH。若其数目小于MyPage，则向用户报告，并中止程序。

④在MyFileA位置填写文件名和日期，并把找到的第一个空记录项的序号填入，作为该文件的首地址。

⑤依次在找到的空记录项内填入下一空记录项的序号，最后一个空记录项填入0FFFFH。

⑥从文件首地址开始，按照文件链表依次把数据写入数据区相应的页。

（2）删除文件

删除文件的主要工作是回收该文件所占用的空间，以便将来分配给其它文件。

①在目录区中寻找到该文件，提取出其首地址，记录First。随后，把该文件所占用的目录区的首字节清为0FFH，表示该目录项空闲。

②在页面分配区中找到First记录项，撮出其内容，记为Next。随后，把First记录项的内容改写为0EEEEH。

③First=Next，重复②，直至Next=0FFFFH。

由添加文件可以看出，在搜索空间时，只对目录区和页面分配区操作，因此，删除文件时，只需要释放目录和页面分配区即可，而不需要修改数据区。这大大提高了删除的效率。

（3）系统格式化

系统格式化的目的是把AT24C512按照前面所述的格式进行初始化，以正确反映目前的使用状况。格式化的主要工作包括：

①把目录区全部写为0FFH，以清空目录区中所有数据；

②把页面分配区的所有记录项写为0EEEEH，标志它们全部未使用。

4.AT24C512在铝电解控制系统程序中的应用结论

为了实现实时测控系统数据的高效管理，按照PC机文件系统的思想，对铝电解槽控系统中的AT24C512设计了一个简单的文件系统，包括系统格式化、添加文件、删除文件等功能，在大数据量的测控系统中得到了成功应用，完全可以满足铝电解控制系统中由于通讯异常情况出现的人工设定参数不能及时更新的问题，保证了槽控机在脱机状态下偶遇断电时的稳定运行。

参考文献

[1] 霍庆发.铝电解工业技术与装备[M].辽海出版社.2002.

[2] 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析. 北京航空航天大学出版社.2003.

[3] 孙育才.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用.清华大学出版社.2005.