EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种非易失性存储器，允许在断电后仍保持数据，且支持电擦除和电写入操作，其命令集是控制EEPROM读写、擦除等操作的核心，通常通过特定的时序和协议（如I²C、SPI）与微控制器（MCU）交互，以下将详细介绍EEPROM命令的类型、功能、实现方式及注意事项。
EEPROM命令概述
EEPROM命令由操作码（Opcode）、地址（Address）和数据（Data）组成，具体格式因通信协议和芯片型号而异，以常见的I²C接口EEPROM（如AT24C系列）为例，其命令结构通常包括：起始信号、设备地址（含读写位）、操作码（部分芯片需要）、存储地址、数据（读操作时为输出，写操作时为输入）和停止信号，SPI接口EEPROM则通过片选（CS）、时钟（SCK）、主机输出从机输入（MOSI）和主机输入从机输出（MISO）信号线传输命令，命令格式通常包含1-2字节的操作码和地址。
主要命令类型及功能
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写使能命令（Write Enable, WE）
在写或擦除操作前，需先发送写使能命令，以解锁EEPROM的内部写保护机制，对于I²C接口，该命令通常通过发送设备地址+写操作码（0x06）实现；SPI接口则通过发送特定操作码（如0x06）激活写使能，若未发送写使能命令,直接执行写操作将被忽略。 -
写操作命令（Write）
写操作分为字节写和页写（Page Write），字节写需指定目标地址和1字节数据；页写可连续写入多字节数据（数量由芯片页大小决定，如AT24C02为8字节/页），超出页地址范围的数据将回绕至页首。- I²C字节写流程：起始信号→设备地址（写）→ACK→存储地址→ACK→数据→ACK→停止信号。
- SPI页写流程：CS拉低→发送写操作码（如0x02）→发送16位地址→发送n字节数据→CS拉高。
写操作完成后，需等待内部写周期（典型值为5-10ms）,期间可通过状态寄存器或等待时间确保数据稳定。
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读操作命令（Read）
读操作包括当前地址读、随机读和顺序读，当前地址读从上次地址的下一地址开始读取；随机读需先发送虚假写命令指定起始地址；顺序读可连续读取多字节数据，直至发送停止信号。
（图片来源网络，侵删）- I²C随机读流程：起始信号→设备地址（写）→ACK→存储地址→起始信号→设备地址（读）→ACK→读取数据→NACK→停止信号。
- SPI顺序读流程：CS拉低→发送读操作码（如0x03）→发送16位地址→读取数据→CS拉高。
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擦除操作命令（Erase）
EEPROM的擦除操作通常与写操作合并，即写入新数据时自动擦除原数据（字节擦除），部分高端芯片支持块擦除（Sector Erase），需发送块擦除命令（如SPI的0x20）和块起始地址，擦除时间较长（约5-20ms）。 -
状态寄存器命令（Status Register Read/Write）
用于查询或配置芯片状态，如写使能锁存位（WEL）、写进行位（BUSY），I²C接口通过发送设备地址+状态寄存器操作码（如0x05）读取；SPI接口通过发送0x05操作码读取,0x01写入。
命令执行时序与注意事项
- 时序要求：各信号需严格遵循时序参数，如I²C的SCL时钟频率（标准模式100kHz，快速模式400kHz）、建立时间（tSU;STA）、保持时间（tHD;STA）等；SPI的SCK时钟频率（通常可达20MHz以上）、上升/下降沿时间等。
- 写保护：部分芯片提供硬件写保护（WP引脚）和软件写保护（状态寄存器），需谨慎配置以避免误操作。
- 多主机竞争：I²C总线需通过仲裁机制避免多主机冲突，SPI接口需确保CS信号仅在单次传输期间有效。
- 电压范围：命令操作需在芯片工作电压范围内（如2.7V-5.5V）,否则可能导致数据错误或硬件损坏。
常见EEPROM命令对比（以I²C和SPI接口为例）
| 命令类型 | I²C操作码 | SPI操作码 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
| 写使能 | 0x06 | 0x06 | 解锁写保护，准备写/擦除操作 |
| 字节写 | 无独立操作码 | 0x02 | 写入1字节数据到指定地址 |
| 页写 | 无独立操作码 | 0x02 | 连续写入多字节数据（不超过页大小） |
| 随机读 | 无独立操作码 | 0x03 | 从指定地址读取1字节数据 |
| 顺序读 | 无独立操作码 | 0x03 | 连续读取多字节数据 |
| 块擦除 | 不支持 | 0x20 | 擦除指定块的数据（全1） |
| 状态寄存器读 | 0x05 | 0x05 | 读取芯片状态（如BUSY、WEL位） |
相关问答FAQs
Q1：EEPROM写操作时为何需要等待内部写周期？如何判断写操作完成？
A1：EEPROM的写操作需通过内部电荷泵升高电压以擦除和编程数据，这一过程需要一定时间（通常为几毫秒），若在写周期内进行其他操作（如读），可能读取到旧数据或导致数据损坏，判断写操作完成的方法有两种：一是通过状态寄存器中的BUSY位（读为0表示完成）；二是通过软件延时，延时时间需大于芯片手册规定的最大写周期时间（如10ms）。
Q2：为什么EEPROM的页写操作不能跨页写入？如何正确处理跨页数据？
A2：EEPROM的页写操作采用缓冲机制，当写入数据超出当前页边界时，超出部分会回绕至页首覆盖已写入数据，导致数据错误，某芯片页大小为32字节，若从地址30开始写入5字节数据，实际写入地址为30、31、0、1、2，正确处理方法是：若需写入数据跨页，应将其拆分为多次页写操作，每次写入量不超过剩余页空间,并确保每次操作后等待写周期完成。
