51单片机--AT24C02数据存储
文章目录
- 存储器的介绍
- AT24C02
- I2C总线
- I2C时序结构
- AT24C02数据帧
- AT24C02数据存储实例
存储器的介绍
存储器是计算机系统中的一种重要设备，用于存储程序和数据，它可以通过电子、磁性介质等技术来记录和保持数据。在这里，主要介绍的是随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
随机存储器（Random Access Memory，RAM）是一种可以读取和写入数据的存储器。 它的特点是可以随机访问其中的任意位置，并且读写速度较快。RAM通常由电子芯片制成，用于临时存储计算机运行时所需的程序和数据。
RAM可以分为静态随机存储器（Static RAM，SRAM）和动态随机存储器（Dynamic RAM，DRAM）两种类型。
静态随机存储器（SRAM）：SRAM使用了触发器电路来存储数据，每个存储单元由多个触发器组成，具有较高的稳定性和快速的读写速度。由于使用了更多的电子元件，SRAM的密度较低，成本相对较高。它常用于高速缓存（Cache）等需要快速访问的场景。
动态随机存储器（DRAM）：DRAM使用了电容器和开关电路来存储数据，每个存储单元由一个电容器和一个访问开关组成。由于电容器的电荷会随时间衰减，DRAM需要周期性地进行刷新操作来保持数据的稳定。DRAM具有较高的存储密度和较低的成本，但相对而言读写速度较慢。它常用于主存储器（内存）等需要较大容量的场景。
只读存储器（Read-Only Memory，ROM）是一种只能读取数据而无法写入或修改数据的存储器。ROM中的数据在制造时被写入，通常用于存储固化的程序代码、系统设置、固件等不需要频繁修改的数据。ROM的数据在断电后依然可以保持，具有非易失性。
ROM根据存储数据的方式可以分为多种类型，如只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）等。这些ROM的特点是在制造或编程后，其存储的数据无法修改或只能经过特定方式修改。对于我们这款单片机来说，AT24C02就是E2PROM，电可擦除可编程ROM，可以通过编程来进行存储数据，数据根据具体的地址存储；断电之后，他还会保存在地址中，当我们需要读取时，可以通过相对应的地址取出数据；
AT24C02
AT24C02是一种2K位（256字节）的串行EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory），常用于51单片机系统中的数据存储。
AT24C02采用I2C总线协议进行通信，通过两根线路（SCL和SDA）与单片机进行连接。它具有8位的设备地址，可通过引脚A0、A1和A2进行编程设置，从而允许多个AT24C02共存在同一I2C总线上。
对于AT24C02，在读写速度上支持400kHz标准模式，数据保存能力可达10年之久，而且有写入保护，可以防止误操作；
在单片机系统中，可以使用AT24C02来存储各种数据，如配置参数、校准数据、历史记录等。单片机可以使用相应的I2C库函数来向AT24C02写入或读取数据，以实现对其存储空间的读写操作。
需要注意的是，AT24C02是一种非易失性存储器，即使在断电情况下也可以保持存储的数据。因此，它适用于需要长期保存数据的应用场景。
上图时AT24C02的内部结构框图，红色部分为它的存储位置；
I2C总线
I2C，全称为Inter-Integrated Circuit，是一种串行通信协议，用于在电子设备之间进行数字数据传输。它由飞利浦半导体（现在的NXP半导体）公司在1980年代开发，并于1982年发布。I2C采用了两根导线（一根用于传输数据，另一根用于传输时钟信号）来连接设备，这使得多个设备可以通过同一组导线进行通信。
I2C协议有两个重要的角色：主设备（Master）和从设备（Slave）。主设备负责控制通信的序列和时钟信号的生成，而从设备则被动响应主设备的指令。
I2C支持多主设备和多从设备的连接，每个设备都有一个唯一的地址标识。主设备可以向从设备发送数据或者接收从设备的数据。在传输数据时，数据被分为多个字节，每个字节都会被从设备确认。
在51单片机中，AT24C02通过I2C总线与单片机进行数据通信；
通过I2C总线，单片机可以发送读取或写入命令给AT24C02，然后AT24C02会响应相应的操作。例如，单片机可以向AT24C02发送写入命令，并指定要写入的地址和数据，AT24C02会将数据写入指定地址的存储单元。而当单片机需要读取AT24C02中的数据时，它可以向AT24C02发送读取命令和要读取的地址，然后AT24C02会返回相应的数据给单片机。
I2C时序结构
I2C总线的时序结构一般分为6部分：起始条件、终止条件、发送数据、接收数据、接收应答和发送应答；
起始条件：主设备通过SCL(串行时钟线)保持高电平的同时，将SDA(串行数据线)由高电平转换为低电平，表示要启动一次通信；
代码：
void I2C_Start()
{
I2C_SDA=1;//表示SCL高电平之前SDA就是高电平了
I2C_SCL=1;//SCL高电平期间
I2C_SDA=0;//SDA降为低电平
I2C_SCL=0;//SCL回到低电平
}
发送一个字节：SCL低电平期间，主设备将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，在SCL上升沿时从设备将在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：
void I2C_SendByte(unsigned char byte)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
I2C_SDA=byte&(0x80>>i);//先将数据放到SDA上
I2C_SCL=1; //SCL为上升沿时，从设备读取数据
I2C_SCL=0;
}
}
接收一个字节：SCL低电平期间，从设备将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，主设备将在SCL上升沿期间读取数据位，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：
unsigned char I2C_ReceiveByte()
{
unsigned char i,byte=0x00;
I2C_SDA=1; //释放SDA，规定置于高电平
for(i=0;i<8;i++)
{
//在SCL上升沿期间，主设备读取SDA的数据，
I2C_SCL=1;
if(I2C_SDA){byte|=(0x80>>i);
//通过判断SDA位的数据是否为1，进行位赋值
//为1执行条件内容，将位变为1，为0则不变，仍为0；
I2C_SCL=0;
}
return byte;
}
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 ；
代码：
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{
I2C_SDA=AckBit;
//SDA发送应答，应答或者不应答
I2C_SCL=1;
//在SCL上升沿期间，从设备接收主设备发送应答
I2C_SCL=0;
}
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）；主设备发送一个高电平的SDA并保持SCL线为高电平，使得从设备可以拉低SDA线来应答。如果接收方正确收到数据，它会发一个低电平的SDA信号应答；
代码：
unsigned char I2C_ReceiveAck()
{
unsigned char AckBit;
I2C_SDA=1; //释放SDA
I2C_SCL=1; //在SCL高电平期间
AckBit=I2C_SDA; //接收SDA的应答数据
I2C_SCL=0;
return AckBit;
}
终止条件：将SCL线保持高电平的同时，将SDA线由低电平转换为高电平，表示通信结束；
代码：
void I2C_Stop()
{
I2C_SDA=0;// 在SCL高电平之前SDA就为低电平
I2C_SCL=1; //SCL处于高电平期间
I2C_SDA=1;
}
AT24C02数据帧
数据帧是在通信中用于传输数据的基本单元。
对于AT24C02，数据帧包括一个地址字节和一个或多个数据字节；
上图为AT24C02数据帧的格式：
- 起始位（Start Bit）：数据传输开始时，为低电平。
- 7位地址（Address）：表示要访问的内存地址。AT24C02共有256个地址，即0x00到0xFF。
- R/W位（Read/Write Bit）：用于选择读（高电平）或写（低电平）操作。
- 数据字节（Data Byte）：在写操作中，数据字节表示要写入到指定地址的数据。在读操作中，数据字节表示从指定地址读取到的数据。
- 应答位（Acknowledge Bit）：用于发送方向接收方确认数据传输的成功。
而这些数据帧的格式是遵循I2C总线的通信协议的；所以我们只需要运用I2O的时序结构，将它们对应进AT24C02的数据帧即可；
对于读操作，数据帧的格式如下：
起始位 + 7位地址 + R/W位（设置为高电平）+ 应答位 + 存储的地址标识 + 应答位 + 数据字节 + 应答位 + 起始位 +读取数据+ 应答位 + 停止位
对于写操作，数据帧的格式如下：
起始位 + 7位地址 + R/W位（设置为低电平）+ 应答位 + 存储的地址标识 + 应答位 + 数据字节 + 应答位 + 停止位
代码（利用到I2C总线时序写的代码）：
写入字节：
#define AT24C02_ADDRESS 0xA0 //AT24C02的写操作地址
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)
{
I2C_Start(); //起始条件
I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS); //主设备发送AT24C02的地址
I2C_ReceiveAck(); //从设备接收应答（确认地址）
I2C_SendByte(WordAddress); // 主设备向从设备发送地址
I2C_ReceiveAck(); //从设备接收应答
I2C_SendByte(Data); //主设备向从设备发送数据
I2C_ReceiveAck(); //从设备接收应答
I2C_Stop(); //终止条件
}
读取字节：
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress)
{
unsigned char Data;
I2C_Start(); //起始条件
I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS); //主设备发送AT24C02的地址
I2C_ReceiveAck();//从设备接收应答（确认地址）
I2C_SendByte(WordAddress);// 主设备向从设备发送要读取字节的地址
I2C_ReceiveAck();//从设备接收应答
//以上操作完成了主设备向从设备要读取字节的地址的操作，是主设备
//告诉从设备的地址
//下面操作是从设备向主设备发送对应的字节操作，主设备从写入变
//为读取，所以要重新开始定起始条件
I2C_Start(); //起始条件
I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01); //主设备发送AT24C02的读取地址
I2C_ReceiveAck(); //从设备接收应答（确认地址
Data=I2C_ReceiveByte();//读取从设备对应地址的数据字节
I2C_SendAck(1); //主设备发送应答(地址对应正确发送回应给从设备）
I2C_Stop(); //终止条件
return Data;
}
AT24C02数据存储实例
写一个能通过独立按键让数字逐渐增加或者减少的程序，并且让这个程序能记住某一个数字，断电或者置0的时候可以恢复到这个数字；
代码：
Delay.h
#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__
//获取一个毫秒为单位的延迟函数，填入对应数字表示延迟多少毫秒
void Delay(unsigned int xms);
#endif
Delay.c
void Delay(unsigned int xms)
{
unsigned char i, j;
while(xms--)
{
i = 2;
j = 239;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
}
Key.h
#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__
unsigned char Key();
#endif
Key.c
#include LCD1602.h
#ifndef __LCD1602_H__
#define __LCD1602_H__
//用户调用函数：
void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
#endif
LCD1602.c
#include AT24C02.h
#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data);
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress);
#endif
AT24C02.c
#include I2C.h
#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__
void I2C_Start();//¶ÔI2C³õʼ»¯
void I2C_Stop();//¶ÔI2CÄ©¶Ë
void I2C_SendByte(unsigned char byte);//I2CÖ÷»ú·¢ËÍÒ»¸ö×Ö½Ú
unsigned char I2C_ReceiveByte(); //½ÓÊÕÒ»¸ö×Ö½Ú
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit); //·¢ËÍÓ¦´ð
unsigned char I2C_ReceiveAck(); //½ÓÊÕÓ¦´ð
#endif
I2C.c
#include main.c
#include 对于无符号的short类型数字，范围是0~65535，对应的有两个字节，所以写入数据要分别两部分，前8位和后8位，存储的地址可由自己选取，但在写入多个数据之间要延迟5ms，否则将会报错；