EEPROM的学习和使用方法

一、概述

在实际的应用中，保存在单片机RAM中的数据，掉电后就丢失了，保存在单片机的FLASH中的数据，又不能随意改变，也就是不能用它来记录变化的数值。但是在某些场合，我们又确实需要记录下某些数据，而它们还时常需要改变或更新，掉电之后数据还不能丢失。比如，我们的家用电表度数，电视机里边的频道记忆，一般都是使用EEPROM来保存数据，特点就是掉电后存储的数据不丢失。
一般情况下，EEPROM拥有30万到100万次的寿命，也就是它可以反复写入30-100万次，而读取次数是无限的。
24C02是一个常用的基于IIC通信协议的EEPROM元件，例如ATMEL公司的AT24C02、CATALYST公司的CAT24C02和ST公司的ST24C02等芯片。
IIC是一个通信协议，它拥有严密的通信时序逻辑要求，而EEPROM是一个元件，只是这个元件采样了IIC协议的接口与单片机相连而已，二者并没有必然的联系，EEPROM可以用其它接口，I2C也可以用在其它很多器件上。

二、EEPROM单字节读写操作时序

1、EEPROM写数据流程

（1）第一步，首先写IIC的起始信号，紧接着写上首字节，即我们前边讲的IIC的器件地址，并且在读写方向上选择“写”操作。
（2）第二步，发送数据的存储地址。例如24C02芯片一共有256个字节的存储空间，地址从0x00～0xFF，我们想把数据存储在芯片的哪个位置，此刻写入的就是对应的那个地址。
（3）第三步，发送要存储的数据第一个字节、第二个字节……，注意在写数据的过程中，EEPROM每个字节都会回应一个“应答位0”，来告诉我们在EEPROM芯片中写入数据成功，如果没有回应答位，说明写入数据不成功。
在写数据的过程中，每成功写入一个字节数据，EEPROM芯片的存储地址就会自动加1，当加到0xFF后，再写一个字节数据，地址就会溢出又变成了0x00。

2、EEPROM读数据流程

（1）第一步，首先写IIC的起始信号，紧接着写上首字节，即我们前边讲的IIC的器件地址，并且在读写方向上选择“写”操作。
这个地方可能有人会感到很诧异，我们明明是读数据为何方向也要选“写”呢？刚才说过了，24C02芯片一共有256个地址，我们选择写操作，是为了把所要读的数据的存储地址先写进去，告诉EEPROM我们要读取哪个地址的数据。这就如同我们打电话，先拨总机号码（EEPROM的器件地址），而后还要继续拨分机号码（EEPROM的数据地址），而拨分机号码这个动作，主机仍然是发送方，方向依然是“写”。
（2）第二步，发送要读取的数据的地址，注意是地址而非存储在EEPROM中的数据，通知EEPROM我要读取哪个分机的信息。
（3）第三步，重新发送IIC的起始信号和器件地址，并且在读写方向位上选择“读”操作。
这三步当中，每一个字节实际上都是在“写”，所以每一个字节EEPROM都会回应一个“应答位0”。
（4）第四步，读取从器件发回的数据，读一个字节，如果还想继续读下一个字节，就发送一个“应答位ACK(0)”，如果不想读了，告诉EEPROM，我不想要数据了，别再发数据了，那就发送一个“非应答位NAK(1)”。
和写操作规则一样，每成功读取一个字节数据，EEPROM芯片的存储地址就会自动加1，那如果我们想继续往下读，给EEPROM一个ACK(0)低电平，然后再继续给SCL时钟线完整的时序，EEPROM会继续往外送数据。如果我们不想读了，要告诉EEPROM不要数据了，那我们直接给一个NAK(1)高电平即可。这个地方大家要从逻辑上理解透彻，不能简单的靠死记硬背了，一定要理解明白。

3、总结

（1）在通常的EEPROM应用中，单片机是主机，24C02是从机。
（2）无论是读操作还是写操作，SCL时钟线始终都是由主机控制的。
（3）写数据的时候应答信号由从机给出，表示从机是否正确接收了数据。
（4）读数据的时候应答信号则由主机给出，表示是否继续读下去。

三、EEPROM多字节读写操作时序

我们读取EEPROM数据的时候很简单，EEPROM根据我们所送的时序，直接就把数据送出来了，但是写入EEPROM数据却没有这么简单了。给EEPROM发送数据后，先保存在了EEPROM的缓存，EEPROM必须要把缓存中的数据搬移到“非易失”的区域，才能达到数据掉电不丢失的效果。而往非易失区域写入数据需要一定的时间，每种元件还不完全一样，例如ATMEL公司的AT24C02芯片的这个写入时间最高不超过5ms。在往非易失区域写的过程，EEPROM是不会再响应我们的访问的，不仅接收不到我们的数据，而且我们使用IIC标准的寻址模式去寻址，EEPROM都不会应答，就如同这个总线上没有这个器件一样。数据写入非易失区域完毕后，EEPROM再次恢复正常，可以正常读写数据了。

四、EEPROM的页写入时序

在向EEPROM连续写入多个字节的数据时，如果每写一个字节都要等待几个ms时间的话，整体上的写入效率就太低了。因此EEPROM的厂商就想了一个办法，把EEPROM分页管理。24C01和24C02这两个型号的芯片是8个字节一个页，而24C04、24C08和24C16芯片是16个字节一页。我们通常使用的EEPROM的型号是24C02，一共有256个字节，8个字节一页，那么就一共有32页。
分配好页之后，如果我们在同一个页内连续写入几个字节后，最后再发送停止位的时序。EEPROM检测到这个停止位后，就会一次性把这一页的数据写到非易失区域，就不需要像上述那样每写一个字节检测一次了，并且页写入的时间也不会超过5ms。如果我们写入的数据跨页了，那么写完了一页之后，我们要发送一个停止位，然后等待并且检测EEPROM的空闲模式，一直等到把上一页数据完全写到非易失区域后，再进行下一页的写入，这样就可以在很大程度上提高数据的写入效率。