【单片机】14-I2C通信之EEPROM

1.EEPROM概念

1.EEPROM

1.1 一些概念

（1）一些概念：ROM【只读存储器---硬盘】，RAM【随机访问存储器--内存】，PROM【可编程的ROM】，EPROM【可擦除ROM】，EEPROM【电可擦除ROM】

1.2 为什么需要EEPROM

单片机内部的ROM只能在程序下载时进行擦除和改写，但是程序运行本身是不能改写的。

单片机内部的RAM中的数据程序运行时可以改，但是掉电就丢失了。

有时候我们需要有一些数据存在系统中，要求掉电不丢失，而且程序还要能改。所以内部ROM和RAM都不行。【这时候系统需要一块EEPROM】

1.3 EEPROM和flash的区别与联系

单片机解密中Flash和EEPROM的区别-电子工程世界

1.4 EEPROM存在系统中的2种形式

1：内置在单片机内部

2：外部扩展

2.EEPROM如何编程

1.I2C接口底层时序

底层：CPU和I2C的接口

2.器件定义的寄存器读写时序

上层：器件时序

2.AT24C02原理图和数据手册

1.接线确定

查看SCL和SDA无其他接线影响

SCL对应P2.1 SDA对应P2.0

2.数据手册理论

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24c02中文官方资料手册pdf - 百度文库

1.芯片的基本信息

类似于一个主持人叫A说话，其他人就不可以说话，但是其他人可以听到主持人和A说话，但是不可以回应。 --广播式

主设备：51单片机---发送器

从设备：24Cxxx---接收器

2.I2C从地址确定

每一个I2C都有从地址

3.I2C底层时序

起始信号：

发送字节：一般第一个是从设备的地址【因为我们在通话之前，要先发送要进行通话的地址，设备都与自己的地址是否相同，如果相同则响应；如果不同，则丢弃】

读取字节：

停止信号：

3.I2C总结

（1）主CPU和其附属芯片之间最常用的接口，尤其是各种传感器，因此在物联网时代非常重要

（2）三根线：SCL，SDA，GND，串行，电平式

（3）总线式结构：可以一对多，总线上可以挂上百个器件【一个主设备，多个从设备】，用【从地址】来区分--主设备不需要地址

（4）主从式，由主设备来发起通信及总线仲裁，从设备被动响应

（5）通信速率一般（kbps级别），不合适语音，视频等信息类型

4.I2C总线协议定义

起始信号

终止信号

应答信号

从设备回复主设备，判断从设备是否得到数据。

可以设置是否要进行”应答信号“【可有可无】

3.I2C低层时序图和程序

1.起始信号和结束信号

SCL和SDA交互进行判断

（1）起始信号：SCL保持高时，SDA有一个从高到低（下降沿）
（2）结束信号：SCL保持高时，SDA有一个从低到高（上升沿）

起始信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : iic_start
* 函数功能		 : 产生IIC起始信号
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void iic_start(void)
{IIC_SDA=1;//如果把该条语句放在SCL后面，第二次读写会出现问题delay_10us(1);IIC_SCL=1;delay_10us(1);IIC_SDA=0;	//当SCL为高电平时，SDA由高变为低，表示起始信号delay_10us(1);IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据delay_10us(1);
}

终止信号

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : iic_stop
* 函数功能		   : 产生IIC停止信号   
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void iic_stop(void)
{	IIC_SDA=0;//如果把该条语句放在SCL后面，第二次读写会出现问题delay_10us(1);IIC_SCL=1;delay_10us(1);IIC_SDA=1;	//当SCL为高电平时，SDA由低变为高，表示结束信号delay_10us(1);			
}

2.I2C发送一个字节

传输”0“或应答位（A）

传输”1“或应答位（/A）

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : iic_write_byte
* 函数功能		   : IIC发送一个字节 
* 输    入         : dat：发送一个字节
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void iic_write_byte(u8 dat)
{                        u8 i=0; //为了保证时序正确，这里要加上    //当SDA将数据放好才可以将SCL置为高电平IIC_SCL=0; for(i=0;i<8;i++)	//循环8次将一个字节传出，先传高再传低位{              if((dat&0x80)>0) IIC_SDA=1;elseIIC_SDA=0;dat<<=1; //将次高位移动到最高位	  delay_10us(1);  IIC_SCL=1; //产生一个上升沿delay_10us(1); IIC_SCL=0; //产生一个下降沿	delay_10us(1);}	 
}

 

（1）I2C发送和接收字节时，都是从高位开始的

3.应答位处理

在接收完8位bit后，在第9个时间周期

应答处理：SDA变低【AT2402拉低】。

如果我们去检测，如果此时SDA为低电平，则表示已经被拉低，则表示已经响应到；如果SDA为高电平，则表示未能响应到。

 产生ACK应答  

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : iic_ack
* 函数功能		   : 产生ACK应答  
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void iic_ack(void)
{IIC_SCL=0;IIC_SDA=0;	//SDA为低电平delay_10us(1);IIC_SCL=1;   //将SCL拉高delay_10us(1);IIC_SCL=0;  //在将SCL拉低
}

 产生NACK非应答 

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : iic_nack
* 函数功能		   : 产生NACK非应答  
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void iic_nack(void)
{IIC_SCL=0;IIC_SDA=1;	//SDA为高电平delay_10us(1);IIC_SCL=1;delay_10us(1);IIC_SCL=0;	
}

等待应答信号到来 

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : iic_wait_ack
* 函数功能		   : 等待应答信号到来   
* 输    入         : 无
* 输    出         : 1，接收应答失败0，接收应答成功
*******************************************************************************/
u8 iic_wait_ack(void)
{u8 time_temp=0;IIC_SCL=1;delay_10us(1);while(IIC_SDA)	//等待SDA为低电平{time_temp++;if(time_temp>100)//超时则强制结束IIC通信{	iic_stop();return 1;	}			}IIC_SCL=0;return 0;	
}

4.I2C接收一个字节

释放总线

在51单片机中，SDA=1就是释放总线【相当于主持人把话筒给嘉宾】；在其他更高级的单片机（比如STM32）这里的处理还会不一样。【因为拉高，则可以拉低（接地）；但是拉低了，但是无法拉高】

为什么SDA=1就是释放总线？？是因为当51单片机把引脚拉高时，从设备可以选择再把引脚拉高或者拉低；但是当51单片机把这个引脚拉低（接地）后，从设备也没有办法把这个引脚拉高了。

unsigned char IIC_ReadByte()
{unsigned char a=0,dat=0;//释放总线IIC_SDA=1;  //起始和发送一个字节之后IIC_SCL都是0IIC_delay();//按道理来说这里应该有一个SCL=0的for(a=0;a<8;a++){IIC_SCL=1;//通知从设备我要开始读了，可以放bit数据到SDA了IIC_delay();dat<<=1; //读取的时候高位再前dat|=IIC_SDA;IIC_delay();IIC_SCL=0;// 拉低为下一个bit周期做准备ICC_delay();}return dat;
}

4.EEPROM读写测试

1.  器件寻址

（1）从器件的地址是由器件自身定义的，不同的从器件的地址的定义方式是不同的，要查具体的芯片数据手册来确定

（2）同一个I2C网络中只有一个主设备，但是从设备可以有多个。这多个从设备的地址不能相同。【硬件工程师必须保证这一点。因为从地址是不能通过软件设定的】

（3）A0，A1，A2----2的三次方=8【表示最多只能接8个EEPROM】

从CPU的角度来分析24C02的地址定义【如果不是从CPU角度看则得出结果不一样】

        从设备地址是：读地址：0xa1

                                 写地址：0xa0

2.24C02写高层时序

写操作时序

start-send_byte(从地址)--send_byte(字节地址)---send_byte(写入数据)

 字节写

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : at24c02_write_one_byte
* 函数功能		   : 在AT24CXX指定地址写入一个数据
* 输    入         : addr:写入数据的目的地址 dat:要写入的数据
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void at24c02_write_one_byte(u8 addr,u8 dat)
{				   	  	    																 iic_start();  iic_write_byte(0XA0);	//发送写命令，发送写器件地址	    	  iic_wait_ack();	//表示要接收应答 iic_write_byte(addr);	//发送写地址   iic_wait_ack(); //表示要接收应答 	 										  		   iic_write_byte(dat);	//发送字节    							   iic_wait_ack();  		    	   iic_stop();				//产生一个停止条件delay_ms(10);	 
}

页写

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : at24c02_write_one_byte
* 函数功能		   : 在AT24CXX指定地址写入一个数据
* 输    入         : addr:写入数据的目的地址 dat:要写入的数据
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void at24c02_write_one_byte(u8 addr,u8 dat[],u8 i)
{				   	u8 j;  	    																 iic_start();  iic_write_byte(0XA0);	//发送写命令，发送写器件地址	    	  iic_wait_ack();	//表示要接收应答 iic_write_byte(addr);	//发送写地址   iic_wait_ack(); //表示要接收应答 	 										  		   for(j=0;j<i;i++){iic_write_byte(dat[i]);	//发送字节    							   iic_wait_ack();}  		    	   iic_stop();				//产生一个停止条件delay_ms(10);	 
}

3. 24C02读高层时序

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : at24c02_read_one_byte
* 函数功能		   : 在AT24CXX指定地址读出一个数据
* 输    入         : addr:开始读数的地址 
* 输    出         : 读到的数据
*******************************************************************************/
u8 at24c02_read_one_byte(u8 addr)
{				  u8 temp=0;		  	    																 iic_start();  iic_write_byte(0XA0);	//发送写命令	   iic_wait_ack(); iic_write_byte(addr); 	//发送写地址  iic_wait_ack();	    iic_start();  	 	   iic_write_byte(0XA1); 	//进入接收模式         			   iic_wait_ack();	 temp=iic_read_byte(0);	//读取字节		   iic_stop();				//产生一个停止条件    return temp;			//返回读取的数据
}

4.复合格式

1.先发送在接收

2.字节写+随机读

4.加入串口输出代码

/*******************************************************************************
* 实验名			  : EEPROM实验
* 使用的IO	    : 
* 实验效果      : 按K1保存显示的数据，按K2读取上次保存的数据，按K3显示数据加一，
*按K4显示数据清零。
*	注意					：由于P3.2口跟红外线共用，所以做按键实验时为了不让红外线影响实验效果，最好把红外线先
*取下来。
*
*********************************************************************************/
#include <reg51.h>
#include "at24c02.h"
#include "uart.h"void delay20ms(void)   //误差 -0.000000000005us
{unsigned char a,b,c;for(c=1;c>0;c--)for(b=222;b>0;b--)for(a=40;a>0;a--);
}/*******************************************************************************
* 函 数 名         : main
* 函数功能		   : 主函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/void main()
{unsigned char i;unsigned char addr;	unsigned char src_data[] = "()ab#cde!fg1234567";	unsigned char buf[8] = "ABCDEFGH";uart_init();
/*for (i=0; i<128; i++){uart_send_byte(i);}while (1);
*/// 先随便找一堆数据，譬如"abcdefg1234567-_-*&%@/\"// 把这些写入EEPROM的特定地址中// 然后读EEROM的这些地址，读出后通过串口打印出来看是不是我们写入的uart_send_byte('%');addr = 0;for (i=0; i<8; i++){At24c02Write(addr, src_data[i]);delay20ms();addr++;}//先打印出buf//如果这里没有给buf初始化，则打印会出现问题for (i=0; i<8; i++){uart_send_byte(buf[i]);}//分割for (i=0; i<20; i++){uart_send_byte('-');}// 读出测试addr = 0;for (i=0; i<8; i++){buf[i] = At24c02Read(addr);delay20ms();addr++;}//将数据打印出来for (i=0; i<8; i++){uart_send_byte(buf[i]);}while (1);// 进一步测试// 先写入一些特定内容，然后关机断电；然后改代码为读出并打印显示看内容}		

问题分析

（1）通过调试发现程序跑飞了，经检测发现uart中没有关中断

（2）读出内容不对，怀疑是EEPROM经不起快速的连续读写，所以在读和写之间加入20ms的delay，测试后发现读写正确了

（3）定义了局部变量没有初始化，程序中直接去通过串口输出，结果导致程序