EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)

1、前言

(1)本文主要是通过24c02芯片来讲解I2C接口的EEPROM操作方法,包含底层时序和读写的代码;
(2)大部分代码是EEPROM芯片通用的,但是其中关于某些时间的要求,是和具体芯片相关的,和主控芯片和外设芯片都有关系,需要具体分析,但是逻辑顺序是不变的;

2、EEPROM介绍

(1)在嵌入式开发中,EEPROM的实际场景比闪存flash少很多。EEPROM芯片容量小,flash容量大,并且flash价格便宜;
(2)EEPROM的读写速度一般比flash慢;
(3)EEPROM大多是I2C接口,占用的引脚比flash少;
(4)EEPROM比flash掉电保存数据的时间更久,总体来说就是更稳定;
(5)参考博客:《嵌入式开发——EEPROM和FLASH的区别和优劣势》;

3、实际产品中EEPROM的使用场景

(1)使用场景:在嵌入式设备中,添加一块EEPROM,用于存放产品型号;
(2)使用的原因分析:
<1>首先可以做到一个程序兼容好几种产品,所以在程序的早期会需要知道当前的产品型号;
<2>将产品型号保存到EEPROM中,程序保存到flash中,升级的时候只会去重写flash而不会重写EEPROM,这样能保证升级失败也不会导致产品型号的丢失;
<3>EEPROM一般是在产品出厂的时候进行烧录,当然在程序正常运行后也会提高重写EEPROM的方式来进行设备的改制,读写EEPROM的方式都是研发人员或者设备生产人员才知道,不会对客户提供;

4、I2C时序分析

参考博客:《I2C通信协议详解和通信流程分析》;

5、根据I2C时序编写I2C通信代码

5.1、I2C通信开始和结束

EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)_第1张图片

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : I2C_Start()
* 函数功能		   : 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
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
* 备    注         : 起始之后I2C_SDA和I2C_SCL都为0
*******************************************************************************/
void I2C_Start()
{
	I2C_SDA = 1;
	I2C_Delay10us();
	I2C_SCL = 1;
	I2C_Delay10us();//建立时间是I2C_SDA保持时间>4.7us
	I2C_SDA = 0;
	I2C_Delay10us();//保持时间是>4us
	I2C_SCL = 0;			
	I2C_Delay10us();		
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名           : I2C_Stop()
* 函数功能	         : 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
* 输    入           : 无
* 输    出         	 : 无
* 备    注           : 结束之后保持I2C_SDA和I2C_SCL都为1;表示总线空闲
*******************************************************************************/
void I2C_Stop()
{
	I2C_SDA = 0;
	I2C_Delay10us();
	I2C_SCL = 1;
	I2C_Delay10us();//建立时间大于4.7us
	I2C_SDA = 1;
	I2C_Delay10us();	
	
}

5.2、I2C主设备读从设备函数

EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)_第2张图片

/*******************************************************************************
* 函 数 名           : I2cSendByte(uchar num)
* 函数功能 	         : 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
* 输    入           : num ,ack
* 输    出         	 : 0或1。发送成功返回0,发送失败返回-1
* 备    注           : 发送完一个字节I2C_SCL=0, 需要应答则应答设置为1,否则为0
******************************************************************************/
uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack)
{
	uchar a = 0,b = 0

	I2C_SCL = 0;	//保证在开始发送数据前时钟线是低电平
	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>4.7us
		I2C_SCL = 0;
		I2C_Delay10us();//时间大于4us		
	}

	I2C_SDA = 1;			// 主设备释放SDA线给从设备去操作
	I2C_Delay10us();
	I2C_SCL = 1;			// 主设备开始了第9个周期
	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 -1;
		}
	}

	I2C_SCL = 0;
	I2C_Delay10us();
 	return 0;		
}

(1)每次向数据线上发送一个bit,先发送字节的高位再发送字节的低位;
(2)发送的时序:时钟线保持低电平时,将数据发送到数据线上;拉高时钟线一段时间,这段时间是从设备从数据线上读数据;将时钟线拉低,进行下一个周期;

5.3、I2C主设备写从设备函数

/*******************************************************************************
* 函 数 名           : I2cReadByte()
* 函数功能	    	 : 使用I2c读取一个字节
* 输    入           : 无
* 输    出         	 : dat
* 备    注           : 接收完一个字节I2C_SCL=0
*******************************************************************************/

uchar I2C_ReadByte()
{
	uchar a = 0,dat = 0;
	I2C_SDA = 1;	//主设备释放SDA线给从设备去操作		
	I2C_Delay10us();
	// 按道理这里应该有一个SCL = 0的
	I2C_SCL = 0;
	for(a=0; a<8; a++)//接收8个字节
	{
		I2C_SCL = 1;		// 通知从设备我要开始读了,可以放1bit数据到SDA了
		I2C_Delay10us();
		dat <<= 1;			// 读取的时候是高位在前的
		dat |= I2C_SDA;
		I2C_Delay10us();
		I2C_SCL = 0;		// 拉低,为下一个bit的周期做准备
		I2C_Delay10us();
	}
	return dat;		
}

(1)从设备已经将数据发送到数据线上;
(2)将时钟线由低变成高电平,在高电平期间读取数据线上的数据;
(3)将时钟线拉低,进行写一个读取周期;
总结:无论是主设备读/写从设备,时钟线都是主设备进行控制,所以整个I2C通信都是主设备在进行主导;

6、单片机和嵌入式设备的I2C通信区别

(1)单片机是利用GPIO模拟I2C协议进行通信。I2C时序的控制是编写单片机程序的人进行控制,不仅要考虑逻辑上的I2C协议,还需要阅读数据手册,关心时序图中高低电平的持续时间;
(2)嵌入式设备的Soc中集成了I2C控制器,由控制器来产生I2C通信时序,编写程序的人配置好I2C控制器,调用接口进行收发;如果有linux系统,则还会提高I2C驱动框架,软件开发人员基于I2C驱动框架进行编程;
总结:单片机开发需要考虑I2C通信的所有细节;而嵌入式Soc集成I2C控制器,向软件开发人员屏蔽了产生I2C通信时序的细节;

7、24c02的原理图分析

7.1、引脚介绍

EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)_第3张图片

引脚名称 引脚作用
SCL I2C的时钟线
SDA I2C的数据线
E0、E1、E2 决定从地址
WE 写保护引脚,当引脚为高电平时不允许写,当引脚为低电平时允许写

7.2、从地址确定

EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)_第4张图片>(1)在发送从地址的一字节数据中,高7bit是从设备地址,最后一位表示本次主设备是要读还是写从设备;查阅24c02的数据手册可知,最低位为1表示读,最低位0表示写;
(2)7bit的从地址中,其中高4bit是固定的,最后3bit数据A0、A1、A2对应E0、E1、E2引脚的值,可以在硬件上通过接高/低电平来决定低3bit的值;
(3)查阅原理图可知,E0、E1、E2三个引脚都是接地,所以A0、A1、A2的值都是0;
总结:24c02芯片的从地址是0x1010000,读24c02芯片得命令是0xa1,写24c02芯片的命令是0xa0;

8、24c02的随机读数据操作函数

EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)_第5张图片

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
* 函数功能		   : 读取24c02的一个地址的一个数据
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
******************************************************************************/
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;	
}

9、24c02的字节写数据操作函数

EEPROM芯片(24c02)使用详解(I2C通信时序分析、操作源码分析、原理图分析)_第6张图片

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)
* 函数功能		   : 往24c02的一个地址写入一个数据
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
******************************************************************************/
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();
}

推荐

给大家推荐一个学校嵌入式知识的网站,博主在大学时候学习嵌入式知识、找工作的时候都在用这个网站,网站里有C语言、Linux等等的笔试题、面试常问问题等等知识,无论是学习基础知识、面试刷题、交流工作经验都是不错的选择。大家一起进步,欢迎留言交流。
链接:学习神器跳转
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

你可能感兴趣的:(51/stm32单片机,单片机,嵌入式硬件,EEPROM,I2C)