详解数据存储芯片AT24C02的应用及编程

一．芯片简介

AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，采用先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个8字节页写缓冲器，该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

二．芯片参数

1.特点

工作电压：1.8V～5.5V；
低功耗CMOS技术，工作电流1mA，待机电流1uA；
应用在内部结构：128x8(1K),256x8(2K),512x8(4K),1024x8(8K),2048x8(16K)；
二线串行接口，支持标准IIC通信协议；
双向数据传输协议；
兼容 400KHz传输速率（1.8V,2.5V,2.7V,3.6V）；
支持硬件写保护功能；
擦出次数可达10000次；
存储数据时间超过100年；

2.引脚定义

在这里插入图片描述
A0-A2引脚为芯片地址，用于多器件工作模式；SDA、SCL分别为IIC通信的数据线和时钟线；WP为写保护引脚，当该引脚接 GND 时,允许正常的读/写操作。当该引脚接 VCC 时,芯片启动写保护功能；

3.参考电路

在这里插入图片描述
A0-A2接到GND上，地址固定为0；SCL、SDA引脚内部为开漏输出，所以需接上拉电阻；WP引脚接GND，表示芯片可读可写。

三．通信接口

1.芯片读写地址

在进行I2C通信时，主机发送启动信号后，再发送寻址信号。器件的地址有7位和10位，以7为地址寻址为例，寻址信号由一个字节构成，高7位为地址位，最低位为方向位，用来表示主机与从器件的数据传输方向；方向位0代表主机接下来对从器件进行写操作；方向位为1，表明主机接下来对器件进行读操作。
在这里插入图片描述
如上图，AT24C02的高4位是固定的，为1010b,低3位则由A0/A1/A2信号线的电平决定。按照我们此处的连接， A0/A1/A2 均为 0，所以 EEPROM 的 7 位设备地址是： 1010 000b ，即 0x50。
由于 I2C 通讯时常常是地址跟读写方向连在一起构成一个 8 位数，且当R/W 位为 0 时，表示写方向，所以加上 7 位地址，其值为“ 0xA0”，常称该值为 I2C 设备的“写地址”；当 R/W 位为 1 时，表示读方向，加上 7 位地址，其值为“ 0xA1”，常称该值为“读地址”。
A0/A1/A2输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）可悬空(接地也可以)或连接到Vss，如果只有一个AT24C01被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）必须连接到Vss。

2.IIC通信

由于51单片机内部无集成IIC控制硬件资源，所以需要软件模拟IIC通信。函数有四个，分别为IIC起始信号、IIC停止信号、IIC读取字节、IIC写入字节等函数。

/*********************IIC.h*************************************/
//--定义使用的IO口--//
sbit I2C_SCL = P2^1;
sbit I2C_SDA = P2^0;//--声明全局变量--//
void I2C_Delay10us();
void I2C_Start();           //起始信号：在I2C_SCL时钟信号在高电平期间I2C_SDA信号产生一个下降沿
void I2C_Stop();            //终止信号：在I2C_SCL时钟信号高电平期间I2C_SDA信号产生一个上升沿
uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack);//使用I2c读取一个字节
uchar I2C_ReadByte();       //通过I2C发送一个字节。在I2C_SCL时钟信号高电平期间，保持发送信号I2C_SDA保持稳定/*********************IIC.c*************************************///延时:1us
void I2C_Delay10us()
{uchar a, b;for(b=1; b>0; b--){for(a=2; a>0; a--);}
}// 起始信号：在I2C_SCL时钟信号在高电平期间I2C_SDA信号产生一个下降沿
void I2C_Start()
{I2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;I2C_Delay10us();//建立时间是I2C_SDA保持时间>4.7usI2C_SDA = 0;I2C_Delay10us();//保持时间是>4usI2C_SCL = 0;			I2C_Delay10us();		
}//终止信号：在I2C_SCL时钟信号高电平期间I2C_SDA信号产生一个上升沿
void I2C_Stop()
{I2C_SDA = 0;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;I2C_Delay10us();//建立时间大于4.7usI2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();		
}//通过I2C发送一个字节。在I2C_SCL时钟信号高电平期间， 保持发送信号I2C_SDA保持稳定
uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack)
{uchar a = 0,b = 0;//最大255，一个机器周期为1us，最大延时255us。			for(a=0; a<8; a++)//要发送8位，从最高位开始{I2C_SDA = dat >> 7;	 //起始信号之后I2C_SCL=0，所以可以直接改变I2C_SDA信号dat = dat << 1;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;I2C_Delay10us();//建立时间>4.7usI2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();//时间大于4us		}I2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;while(I2C_SDA && (ack == 1))//等待应答，也就是等待从设备把I2C_SDA拉低{b++;if(b > 200)	 //如果超过200us没有应答发送失败，或者为非应答，表示接收结束{I2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();return 0;}}I2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();return 1;		
}// 使用I2c读取一个字节
uchar I2C_ReadByte()
{uchar a = 0,dat = 0;I2C_SDA = 1;			//起始和发送一个字节之后I2C_SCL都是0I2C_Delay10us();for(a=0; a<8; a++)//接收8个字节{I2C_SCL = 1;I2C_Delay10us();dat <<= 1;dat |= I2C_SDA;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();}return dat;		
}

三．控制程序

实现了基本IIC通讯函数后，就可对AT24C02进行操作，主要是写入数据和读取数据两个函数。
芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00_{FF，共256个寻址单位。所以可任意在00}FF地址写入我们需要保存的数据。

1.AT24C02写入数据

时序顺序为:发送开始信号，IIC启动->发送器件地址，其中读写标志位为写->发送器件内部存储地址->向器件中写入数据->发送停止信号，IIC停止;

//函数功能		   : 往24c02的一个地址写入一个数据void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)
{I2C_Start();I2C_SendByte(0xa0, 1);//发送写器件地址I2C_SendByte(addr, 1);//发送要写入内存地址I2C_SendByte(dat, 0);	//发送数据I2C_Stop();
}

2.AT24C02读取数据

时序顺序为:发送开始信号，IIC启动->发送器件地址，其中读写标志位为写->发送器件内部->发送开始信号，IIC再次启动->发送器件地址，其中读写标志位为读->从器件读出数据->返回所读取的数据；

// 读取24c02的一个地址的一个数据unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
{unsigned char num;I2C_Start();I2C_SendByte(0xa0, 1); //发送写器件地址I2C_SendByte(addr, 1); //发送要读取的地址I2C_Start();I2C_SendByte(0xa1, 1); //发送读器件地址num=I2C_ReadByte(); //读取数据I2C_Stop();return num;	
}

3.AT24C02读写数据

实现以上的读写功能，就可以使用AT24C02来实现我们需要的功能。功能为：使用按键1，写入num0；按键2，读取num0；按键3，使num0加1；按键4，清零num0；

void main()
{unsigned int num0 = 0,num1 = 0,num2 = 0,n;LcdInit();while(1){if(K1 == 0)		 //按键1按下，将num0写入eeprom{Delay10ms(1);if(K1 == 0){At24c02Write(2,num0);At24c02Write(3,num0);}while((n < 20)&&(K3==0)){n++;Delay10ms(1);	}			n=0;n=0;}if(K2 == 0)		 //按键2按下，读取eeprom数据{Delay10ms(1);if(K2 == 0){num1 = At24c02Read(2);num2 = At24c02Read(3);	}while((n < 20)&&(K2 == 0)){n++;Delay10ms(1);	}			n=0;}			if(K3 == 0)		 //按键3按下，使num0自加1{Delay10ms(1);if(K3 == 0)num0++;while((n < 50)&&(K3 == 0)){n++;Delay10ms(1);	}			n=0;if(num0==256)num0=0;}if(K4 == 0)		 //按键4按下，清零{Delay10ms(1);if(K4 == 0)num0 = 0;while((n < 50) && (K4 == 0)){n++;Delay10ms(1);	}			n=0;}LCD_Display();	}
}

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