51单片机EEPROM（I²C总线通信）AT24C02数据存储

一、存储器介绍

补充：

（1）易失性存储器/RAM 存储速度特别快但掉电丢失

①SRAM ：运行速度最快，用于电脑CPU，高速缓存；单片机中的SRAM，定义一个变量就会存在SRAM中，使用触发器做的，存储容量小，成本高。

②DRAM ：运行速度仅次于SRAM，用于电脑里的内存条，手机里的运行内存，电容做的。

（2）非易失性存储器/ROM 存储速度比较慢，但掉电不丢失

①Mask ROM：第一代，做出来数据是写好的，只能读不能写。

②PROM：第二代，做出来只能写一次，以后不能再更改。

③EPROM：第三代，可擦除但芯片需要照射紫外线30分钟。

④EEPROM：第四代，可擦可写，电擦除，但容量比较小。

⑤Flash（闪存）：单片机程序存储器、U盘、内存卡、电脑固态硬盘、手机存储容量

⑥硬盘、软盘（之前的电脑AB盘，现在已经淘汰）、光盘

二、存储器简化模型

        对于Mask ROM，需要什么数据存储交给厂家，厂家做的时候就在某个位置加一个二极管，因此做出来是数据存储好的没办法修改，只能读不能写。

       对于PROM，厂家在做的时候会在栅格处加两个二极管，蓝色的是特殊的二极管，用来达到击穿的效果，因此出厂后，是可以进行一次写入的，但也只能进行写一次，二极管被击穿是不可逆的。所以早些年这些芯片在写入数据的时候是需要加额外的高电压（12V或24V）进行写入，因此到现在也有下载程序叫做烧录程序，烧毁击穿二极管。

三、AT24C02介绍

          AT24C02是一种可以实现掉电不丢失的存储器，可用于保存单片机运行时想要永久保存的数据信息。
         存储介质: E2PROM
         通讯接口: I2C总线
         容量: 256字节

阻值为4.7K、1K、10K都可以，但协议中有规定什么速率下接多大电阻最好。

 四、I²C总线

（1）I²C总线介绍

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

        两根通信线：SCL(Serial Clock)、SDA (Serial Data)

        同步、半双工、带应答
        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。 

OLED屏幕、

DS3231时钟芯片比DS1302更加精准，采用I²C通信；而DS1302是自己用的简单的通信协议

MPU6050陀螺仪/姿态传感器也是用I²C通信，用于平衡车、无人机

（2）I²C电路规范

        开漏输出模式，即IO口是浮空的，当单片机给1时，IO口浮空极易受外界的扰动，电平不稳定，当单片机给0时，IO口直接接地，输出0。

       IO口是开漏输出模式，外接上拉电阻，采用这种连接方式，可以实现多机通信互相干扰的问题，当单片机发送0是IO口则接地，发送1时IO口被上拉，而每个I²C设备都有一个固定的通讯地址，单片机发送地址数据，每个设备都会观察单片机发送的地址，看单片机是否是在寻找自己进行通讯。更加通俗讲解看江科大自协AT24C02（IIC总线）举例讲解。

（3）I²C时序结构（为了每个模块可以衔接上，对SCL每次结束都拉低，终止时才拉高）

①起始终止

void I2C_Start(void)
{
		I2C_SDA=1;
		I2C_SCL=1;
		I2C_SDA=0;
		I2C_SCL=0;
}

void I2C_Stop(void)
{
	    I2C_SDA=0;
		I2C_SCL=1;
	    I2C_SDA=1;
}

②主机发送一个字节

void I2C_SendByte(unsigned char Byte)
{
		unsigned char i;
		for(i=0;i<8;i++)
	    {
			I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);
		    I2C_SCL=1;
		    I2C_SCL=0;
	    }
}

       这里置1后立马置0，要考虑IIC设备是否可以接受，51单片机的机器周期时1us，也就是说IO口电平反转周期为1us，而24C02的时钟频率是1MHz，数据手册中采集电压也是ns级别，因此这里是可以直接置1又置0，但采用更高速的单片机，这里是要加延时的。

③主机接收一个字节

unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
		unsigned char Byte=0x00,i;
		
		I2C_SDA=1;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
		   I2C_SCL=1;
		   if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}
		   I2C_SCL=0;
		}
		return Byte;
}

        这里的释放SDA的意思是主机放手对SDA线的控制权，即单片机SDA  IO口置1 表示放弃SDA的控制权，交给从机进行对SDA线进行操作，因此主机在接收从机数据的时候要放手SDA线的控制权（话语权）交给从机。

④主机发送和接收应答

void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{
		I2C_SDA=AckBit;
		I2C_SCL=1;//本来应该是SCL010，由于每个模块都最后都把SCL拉低所以这里可以直接置1
		I2C_SCL=0;		
}	

unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
		unsigned char AckBit=0;
		I2C_SDA=1;//释放SDA
		I2C_SCL=1;
		AckBit=I2C_SDA;
		I2C_SCL=0;
		return AckBit;
}

（4）I²C数据帧

        蓝色表示开始，绿色表示发送数据，黑色表示主机接收到从机的应答，红色表示停止。其中，A0-A6表示地址，A6-A3是从机的固定地址（当使用I²C总线时，飞利浦公司会给该从机一个固定唯一的地址），而A0-A2表示该从机的配置地址，因为一个开发板上可以有好几个同类型的从机，为了通信不互相干扰，从机还配有配置地址，可由用户自行配置。R/W最低位表示读写操作，1为读从机，0为写从机。

 蓝色表示开始，绿色表示发送的数据，黑色表示主机接收到从机的应答，紫色表示主机接收到从机发来的数据，橙色表示主机向从机发送应答，红色表示停止。

 （5）AT24C02数据帧

 开始，主机发送从机地址＋写，从机应答，主机发送 字地址（AT24C02的哪个位置写数据，AT24C02有256个字节存储空间，因此地址可以有0-255），从机应答，主机写入数据，从机应答，停止。AT24C02规定在写入字节需要时间，因此在程序中，写入字节后需要适当的延时，该程序中是进行5ms的延时。

void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)//这里的WordAddress范围是0-255
{
	
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_SendByte(Data);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Stop();
}

 开始，主机发送从机地址＋写，从机应答，主机发送 字地址（AT24C02的哪个位置读数据），从机应答，开始，主机读数据，从机应答，从机找到主机需要的地址位的数据发送给主机主机接收，主机不应答，停止。

unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress)
{
	unsigned char Data;
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);
	I2C_ReceiveAck();
	Data=I2C_ReceiveByte();
	I2C_SendAck(1);
	
	return Data;
}

• AT24C02的固定地址为1010，可配置地址本开发板上为000， 所以SLAVE ADDRESS+W为0xA0，SLAVE ADDRESS+R为0xA1。

五、代码

main.c

#include 
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "key.h"
#include "AT24C02.h"

//unsigned char Data,Data1,Data2;
unsigned char KeyNum;
unsigned int Num;
	
void main()
{
		LCD_Init();
		LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
//		LCD_ShowString(1,1,"Hello");
	
//		AT24C02_WriteByte(1,147);
//		Delay(5);//因为AT24C02的写周期最大为5ms，否则写完就读是读不出来的
//		AT24C02_WriteByte(2,148);
//		Delay(5);
//		AT24C02_WriteByte(3,149);
//		Delay(5);
//	
//	  Data=AT24C02_ReadByte(1);
//		Data1=AT24C02_ReadByte(2);
//		Data2=AT24C02_ReadByte(3);
//	
//		LCD_ShowNum(2,5,Data,3);
//		LCD_ShowNum(2,9,Data1,3);
//		LCD_ShowNum(2,13,Data2,3);

		while(1)
		{
			KeyNum=Key();
			if(KeyNum==1)
			{
				Num++;
				LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
			}
			if(KeyNum==2)
			{
				Num--;
				LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
			}
			if(KeyNum==3)
			{
				AT24C02_WriteByte(0,Num%256);//因为Num是int类型的16位，而数据是八位进行传输的，
				                             //所以先取Num的低八位
				Delay(5);
				AT24C02_WriteByte(1,Num/256);//高八位
				Delay(5);
				LCD_ShowString(2,1,"Write OK");
				Delay(1000);
				LCD_ShowString(2,1,"        ");
			}
			if(KeyNum==4)
			{
				Num=AT24C02_ReadByte(0);
				Num|=AT24C02_ReadByte(1)<<8;
				LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
				LCD_ShowString(2,1,"Read OK");
				Delay(1000);
				LCD_ShowString(2,1,"        ");
			}
		}
}

IIC.c

#include 

sbit I2C_SCL=P2^1;
sbit I2C_SDA=P2^0;

/** 
  * @brief  I2C开始
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Start(void)
{
		I2C_SDA=1;
		I2C_SCL=1;
		I2C_SDA=0;
		I2C_SCL=0;
}

/** 
  * @brief  I2C停止
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Stop(void)
{
	  I2C_SDA=0;
		I2C_SCL=1;
	  I2C_SDA=1;
}

/** 
  * @brief  I2C发送一个字节
  * @param  Byte要发送的字节
  * @retval 无
  */
void I2C_SendByte(unsigned char Byte)
{
		unsigned char i;
		for(i=0;i<8;i++)
	  {
				I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);
		    I2C_SCL=1;//这里置1后立马置0，要考虑IIC设备是否可以接受，51单片机的机器周期时1us，也就是说
		    I2C_SCL=0;//IO口电平反转周期为1us，而24C02的时钟频率是1MHz，数据手册中采集电压也是ns级别
			            //因此这里是可以直接置1又置0，但采用更高速的单片机，这里是要加延时的
	  }
}

/** 
  * @brief  I2C接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收到的一个字节数据
  */
unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
		unsigned char Byte=0x00,i;
		
		I2C_SDA=1;
		for(i=0;i<8;i++)
		{
			 I2C_SCL=1;
		   if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}
		   I2C_SCL=0;
		}
		return Byte;
}

/** 
  * @brief  I2C发送应答
  * @param  AckBit应答位，0为应答，1为非应答
  * @retval 无
  */
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{
		I2C_SDA=AckBit;
		I2C_SCL=1;//本来应该是SCL010，由于每个模块都最后都把SCL拉低所以这里可以直接置1
		I2C_SCL=0;		
}	

/** 
  * @brief  I2C接收应答位
  * @param  无
  * @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答
  */
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
		unsigned char AckBit=0;
		I2C_SDA=1;//释放SDA
		I2C_SCL=1;
		AckBit=I2C_SDA;
		I2C_SCL=0;
		return AckBit;
}

 AT24C02.c

#include 
#include "I2C.h"

#define AT24C02_ADDRESS  0xA0

/** 
  * @brief  AT24C02写入一个字节
  * @param  WordAddress 要写入字节的地址
  * @param  Data 要写入的数据
  * @retval 无
  */
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)//这里的WordAddress范围是0-255
{
	
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_SendByte(Data);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Stop();
}

/** 
  * @brief  AT24C02读取一个字节
  * @param  WordAddress 要读出字节的地址
  * @retval 读出的数据
  */
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress)
{
	unsigned char Data;
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();	
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);
	I2C_ReceiveAck();
	Data=I2C_ReceiveByte();
	I2C_SendAck(1);
	
	return Data;
}