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【mcuclub】数据存储AT24C02

2023-11-19

一、实物图

二、原理图

编号 名称 功能
1 A0

地址输入。A2、A1和A0是器件地址输入引脚。

24C02/32/64使用A2、A1和AO输入引脚作为硬件地址，总线上可同时级联8个24C02/32/64器件。

24C04使用A2和A1输入引脚作为硬件地址，总线上可同时级联4个24CO4器件，A0为空脚，可接地。

24C08使用A2输入引脚作为硬件地址，总线上可同时级联2个24C08器件，AO和A1为空脚，可接地。

24C16未使用器件地址引脚，总线上最多只可连接一个16K器件，A2、A1和A0为空脚，可接地。
2 A1
3 A2
4 GND 电源地
5 SDA 串行地址和数据输入/输出。SDA是双向串行数据传输引脚，漏极开路，需要外接上拉电阻到VCC(典型值10k)。
6 SCL 串行时钟输入。SCL同步数据传输，上升沿数据写入，下降沿数据读出。
7 WP 写保护。WP引脚提供硬件数据保护。当WP接地时，允许数据正常读写操作;当WP接VCC时，写保护,只读。
8 VCC 电源正（1.8~5.5V）

三、简介

AT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含256*8位存储空间;具有工作电压宽(1.8V~5.5V):擦写次数多(大于10000次):写入速度快(小于10ms)，抗干扰能力强，数据不易丢失，体积小等特点。并且它是采用I2C总线式进行数据读写的串行操作，只占用很少的资源和I/O线。

四、内部结构框图

五、寻址方式

AT24C02的存储容量为2K bit，内容分成32页，每页8Byte，共256Byte，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。

（1）芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为1010 A2 A1 A0 R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，该位为0，表示芯片进行写操作；该位为1，表示芯片进行读操作。

（2）片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256Byte中的任意一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

六、通信协议（I2C通信）

1、I2C总线介绍

<1>I2C总线（Inter IC bus）是由Philips公司开发的一种通用数据总线。

<2>两根通信线：SCL（Serial Clock串行时钟线）、SDA（Serial Data串行数据线）。

<3>同步、半双工，带数据应答。

*注：同步（因为它有单独的时钟线）、半双工（SDA只有一根线，并且还要来回通信）

<4>通用的I2C总线，可以使各种设备的通信标准统一，对于厂家来说，使用成熟的方案可以缩短芯片设计周期、提高稳定性，对于应用者来说，使用通用的通信协议可以避免学习各种各样的自定义协议，降低了学习和应用的难度。

2、I2C电路规范

<1>所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

<2>设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式（硬件IIC）

*开漏输出模式——断开时引脚成浮空状态（电路断开，电压不稳定）

<3>SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7K~10K左右

<4>开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”的功能，此设计主要是为了解决多机通信互相干扰的问题。

3、I2C时序结构

起始信号：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

停止信号：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

代码如下：

/****

*******I2C总线启动信号

*****/

void AT24C02_IIC_Start(void)

{

   AT24C02_SDA = 1;

   AT24C02_SCL = 1;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   AT24C02_SDA = 0;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   AT24C02_SCL = 0;

}

/****

*******I2C总线停止信号

*****/

void AT24C02_IIC_Stop(void)

{

   AT24C02_SDA = 0;

   AT24C02_SCL = 1;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   AT24C02_SDA = 1;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

}

发送应答：在接收完一个字节之后，主机在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答。

接收应答：在发送完一个字节之后，主机在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）。

代码如下：

/****

*******发送应答或非应答信号

*****/

void AT24C02_IIC_SendAck(bit ackbit)

{

   AT24C02_SCL = 0;

   AT24C02_SDA = ackbit;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   AT24C02_SCL = 1;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   AT24C02_SCL = 0;

   AT24C02_SDA = 1;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

}

/****

*******等待应答信号

*****/

bit AT24C02_IIC_WaitAck(void)

{

   bit ackbit;

   AT24C02_SDA = 1;

   AT24C02_SCL = 1;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   ackbit = AT24C02_SDA;

   AT24C02_SCL = 0;

   AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   return ackbit;

}

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节。

代码如下：

/****

*******I2C总线发送一个字节数据

*****/

void AT24C02_IIC_SendByte(uchar byte)

{

   uchar i;

   AT24C02_SCL = 0;

   for(i=0; i<8; i++)

   {

      if(byte & 0x80)

         AT24C02_SDA = 1;

      else

         AT24C02_SDA = 0;

      AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

      AT24C02_SCL = 1;

      AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

      AT24C02_SCL = 0;

      AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

      byte <<= 1;

   }

   AT24C02_IIC_WaitAck();

}

接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA总线上（高位在前），然后拉高SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

代码如下：

/****

*******I2C总线接收一个字节数据

*****/

uchar AT24C02_IIC_RecByte(bit ackbit)

{

   uchar i, dat;

   AT24C02_SDA = 1;

   for(i=0; i<8; i++)

   {

      AT24C02_SCL = 1;

      AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

      dat <<= 1;

      if(AT24C02_SDA)

         dat |= 1;

      AT24C02_SCL = 0;

      AT24C02_IIC_Delay(DELAY_TIME);

   }

   AT24C02_IIC_SendAck(ackbit);

   return dat;

}

4、AT24C02数据帧

AT24C02的固定地址为1010，本设计A2 A1 A0都接地，所以SLAVE ADDRESS+W为0xA0(1010 000 0),SLAVE ADDDRESS+R为0xA1(1010 000 1)

字节写：在“字地址”处写入“数据”

代码如下：

/****

*******向AT24C02的地址address中写入一个字节的数据

*****/

void At24c02_Write_Data(uchar address,uchar dat)

{

   AT24C02_IIC_Start();

   AT24C02_IIC_SendByte(AT24C02_SlaveAddress);

   AT24C02_IIC_SendByte(address);

   AT24C02_IIC_SendByte(dat);

   AT24C02_IIC_Stop();

}

随机读：读出在“字地址”处的“数据”

代码如下：

/****

*******从AT24C02的地址address中读取一个字节的数据

*****/

uchar At24c02_Read_Data(uchar address)

{

   uchar dat;

   AT24C02_IIC_Start();

   AT24C02_IIC_SendByte(AT24C02_SlaveAddress);

   AT24C02_IIC_SendByte(address);

   AT24C02_IIC_Start();

   AT24C02_IIC_SendByte(AT24C02_SlaveAddress + 1);

   dat = AT24C02_IIC_RecByte(AT24C02_ACK);

   AT24C02_IIC_Stop();

   return(dat);

}

七、流程设计

首先初始化引脚，然后判断是写数据还是读数据，如果是写数据，则首先启动I2C总线，然后发送器件写地址，等待应答，接下来发送数据地址，等待应答，再接下来写入数据，等待应答，最后关闭I2C总线。如果是读数据，则首先启动I2C总线，然后发送器件写地址，等待应答，接下来发送目标地址，等待应答，再次启动I2C总线，然后发送器件读地址，等待应答，接下来读取数据，发送应答，最后关闭I2C总线。

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