AT24C02芯片

目录

AT24C02芯片

一、基本参数

二、接口与引脚

三、功能特点

四、I2C时序结构

起始条件和终止条件

字节传输

发送一个字节:

接受一个字节

发送应答和接受应答

发送完之后要接收应答

接收完之后要发送应答

发送应答

接受应答

发送一帧数据

接收一帧数据

先发送再接受（复合格式）

字节写和随机读

字节写

随机读

五、代码实现

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线协议的简单通信功能

I2C接口与AT24C02 EEPROM进行通信

AT24C02_WriteByte 函数

AT24C02_ReadByte 函数

六、使用注意事项

一、基本参数

• 存储容量：2Kbit，即内部含有256个8位字节的存储空间。

• 工作电压：宽范围，从1.8V至5.5V。

• 通信接口：采用I2C（Inter-Integrated Circuit）串行总线接口，这是一种广泛使用的二线制串行总线标准。

• 存储速率：支持400KHz的传输速率（在特定电压下，如1.8V, 2.5V, 2.7V, 3.6V）。

• 可擦写次数：高达100万次（也有资料指出为10000次，这可能是不同批次或版本之间的差异，但通常认为其可擦写次数非常可观）。

• 存储器保持时间：数据保留时间超过100年，但也有资料指出为10年，这可能与具体的工作环境和使用条件有关。

• 工作温度范围：-40℃至+85℃

二、接口与引脚

• 引脚配置：AT24C02通常具有8个引脚，包括电源引脚（VCC和GND）、串行数据输入/输出引脚（SDA）、串行时钟输入引脚（SCL）、写保护引脚（WP）以及用于设置器件地址的引脚（A0、A1、A2）。

• I2C总线：SDA和SCL引脚用于通过I2C总线与主控设备（如单片机）进行通信。SDA是双向数据线，SCL是时钟线。两者都需要通过上拉电阻连接到正电源，以确保在总线空闲时保持高电平状态。

三、功能特点

• 低功耗：采用先进的CMOS技术，工作电流低（1mA），待机电流极低（1uA），适合低功耗应用。

• 写保护功能：具有硬件写保护功能，通过WP引脚控制。当WP引脚接地时，允许正常的读/写操作；当WP引脚接高电平时，禁止写操作，以保护存储器内的数据不被意外更改。

• 灵活的寻址方式：通过A0、A1、A2引脚可以设置不同的器件地址，以实现多个AT24C02芯片在同一I2C总线上的级联使用。

• 高速读写：写入速度快（小于10ms），支持快速数据存取。

四、I2C时序结构

起始条件和终止条件

• 起始条件：SCl高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

• 终止条件：SCl高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

注意：SCL处于高电平之间的时候，SDA才可以切换电平

代码所示：

/*
I2C开始函数
​
*/
​
​
void I2C_Start(void)
{
    SDA=1;
    SCL=1;
    SDA=0;
    SCL=0;
}
​
/*
I2C停止函数
​
*/
void I2C_Stop(void)
{
    SDA=0;
    SCL=1;
    SDA=1;
}

字节传输

发送一个字节:

SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上(高位在前)，然后拉高SCL，从机将在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

高位在前，在SCL处于高电平之间，SDA不允许有数据变化，高电平读取，低电平写

此时单片机是机，at24c02是从机

注意：在发送完一个字节之后，要拉高SCL，再拉高SDA

代码所示：

/*
I2C发送一个字节
Byte为要发送的字节
​
*/
void I2C_SendByte(ucha Byte)
{
    ucha i;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        SDA=Byte&(0x80>>i);
        SCL=1;
        SCL=0;
    }
}

接收一个字节：

注意：主机在接受数据之前，需要先释放SDA,即SDA=1；拉高电平

发送的时候主机控制scl读取和sda发送，接收的时候主机就只控制scl读取了，sda给从机发数据用

代码所示：

/*
I2C接受一个字节
Byte接收到的一个字节数据
​
*/
ucha I2C_ReceiveByte(void)
{
    ucha i,Byte=0x00;
    SDA=1;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        SCL=1;
        if(SDA)
        {
            Byte|=(0x80>>i);//if判断，此时从机拿着话语权，从机在SDA上发送0或1的状态，主机对从机发送的状态进行翻译 |=（0x80）,从机送过来一个状态，主机翻译一个，将结果丢入Byte这个小盒子，最终返回出来
        }
        SCL=0;
    }
    return Byte;   
}

​

发送应答和接受应答

注意，无论什么时候SDA在接受之前，都要释放SDA***

发送完一个字节之后要接受应答，接受完一个字节后要发送应答

发送完之后要接收应答

当一方（发送方）发送完数据后，它通常会期望从另一方（接收方）接收一个应答信号。这个应答信号的作用主要是：

1. 确认接收：应答信号是接收方告诉发送方“我已经收到了你发送的数据”的一种方式。

2. 错误检测：如果接收方在接收过程中发现数据错误（如校验错误），它可能会发送一个不应答（NACK）信号来通知发送方。

3. 流控制：应答机制还可以帮助控制数据流的速度。如果接收方因为某种原因（如缓冲区满）无法立即处理更多数据，它可以通过不应答来告诉发送方暂时停止发送。

接收完之后要发送应答

当接收方成功接收到数据后，它通常需要发送一个应答信号给发送方。这个应答信号的作用主要是：

1. 确认处理：应答信号是接收方告诉发送方“我已经成功处理了你发送的数据”的一种方式。

2. 请求更多数据：在某些协议中，接收方的应答可能还包含请求发送方继续发送更多数据的信号。

3. 维持通信：通过发送应答，接收方告诉发送方它仍然在线并准备好进行进一步的通信

发送应答：

/*
I2C发送应答
askbit 为应答位,0为应答，1为非应答
*/
​
void I2C_SendAck(ucha ackbit)
{
    SDA=ackbit;
    SCL=1;
    SCL=0;
}

接受应答：

/*
I2C接受应答位
返回值为接受到的应答位，0为应答，1为非应答
​
*/
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
    ucha AckBit,i;
    SDA=1;//释放SDA
    SCL=1;
    AckBit=SDA;
    SCL=0;  
    return AckBit;
}

发送一帧数据

高电位读，低电位写 前四位固定为1010，A2~A0为手动配置（i2c地址），末尾为读写标志位

接收一帧数据

此时，总线的控制权交给了从机，最后一个字节发非应答，停止

先发送再接受（复合格式）

字节写和随机读

第一个为器件地址，第二个为字地址（用于指定器件内部的具体寄存器或内存位置，以便进行读写操作）

字节写

代码所示：

/*
            AT24C02写入一个字节
            WordADDress 要写入字节的地址
            Data 要写入的数据
​
*/   
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)
{
    //ucha ack;
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
//  ack=I2C_ReceiveAck();   //返回的结果为0,0为从机应答之后的回馈信号
//  if(ack==0)
//  {
//      P2=0x00;
//  }                    
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_SendByte(WordAddress);
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_SendByte(Data);
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_Stop();
}

随机读

代码所示：

/*
            AT24C02读取一个字节
            WordADDress 要读出字节的地址
            返回值为读出的数据
*/
​
ucha AT24C02_ReadByte(ucha WordAddress)
{
    ucha 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);//SDA等于1为非应答，SDA等于0为应答，SCL等于1为相应应答，为0拒绝应答
    I2C_Stop(); 
    return Data;
}

五、代码实现

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线协议的简单通信功能

1. I2C_Start(void) 这个函数用于生成I2C总线的启动条件。首先，通过拉高SDA和SCL线确保总线处于空闲状态，然后SDA在SCL为高电平时被拉低，形成启动条件。

2. I2C_Stop(void) 这个函数用于生成I2C总线的停止条件。首先，SDA在SCL为高电平时被拉低，然后SCL被拉高，最后SDA在SCL为高电平时被拉高，形成停止条件。

3. I2C_SendByte(ucha Byte) 这个函数用于通过I2C总线发送一个字节的数据。它通过循环将字节的每一位（从最高位开始）依次放到SDA线上，并在SCL的每个上升沿将位值锁存到总线上。注意，这里有一个小错误：在循环中，SDA的值应该是通过位操作来设置的，但(Byte&(0x80>>i))实际上并不正确，因为这会使得每次迭代时掩码的值递减（从0x00到0x01），而不是检查Byte的每一位。正确的应该是(Byte & (0x80 >> i))，但通常我们会写为(Byte >> i) & 0x01来确保只检查当前位。

4. I2C_ReceiveByte(void) 这个函数用于通过I2C总线接收一个字节的数据。在接收过程中，SDA线被释放为高阻态（由外部设备驱动），然后通过检测SCL上升沿时SDA的状态来接收每一位数据。接收到的位被左移并累加，最终形成一个完整的字节。

5. I2C_SendAck(ucha ackbit) 这个函数用于发送一个应答信号（ACK）或非应答信号（NACK）。它通过设置SDA线的状态（低电平为ACK，高电平为NACK），然后拉高SCL线一个时钟周期来实现。

6. I2C_ReceiveAck(void) 这个函数用于接收一个应答位。它首先释放SDA线（设置为输入模式），然后拉高SCL线一个时钟周期，读取SDA线的状态（低电平为ACK，高电平为NACK），并将状态返回。

#include <REGX52.H>
​
sbit SCL=P2^1;
sbit SDA=P2^0;
​
typedef unsigned int uint;
typedef unsigned char ucha;
​
/*
I2C开始函数
​
*/
​
​
void I2C_Start(void)
{
    SDA=1;
    SCL=1;
    SDA=0;
    SCL=0;
}
​
/*
I2C停止函数
​
*/
void I2C_Stop(void)
{
    SDA=0;
    SCL=1;
    SDA=1;
}
​
/*
I2C发送一个字节
Byte为要发送的字节
​
*/
void I2C_SendByte(ucha Byte)
{
    ucha i;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        SDA=Byte&(0x80>>i);
        SCL=1;
        SCL=0;
    }
}
​
/*
I2C接受一个字节
Byte接收到的一个字节数据
​
*/
ucha I2C_ReceiveByte(void)
{
    ucha i,Byte=0x00;
    SDA=1;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        SCL=1;
        if(SDA)
        {
            Byte|=(0x80>>i);//if判断，此时从机拿着话语权，从机在SDA上发送0或1的状态，主机对从机发送的状态进行翻译 |=（0x80）,从机送过来一个状态，主机翻译一个，将结果丢入Byte这个小盒子，最终返回出来
        }
        SCL=0;
    }
    return Byte;   
}
​
/*
I2C发送应答
askbit 为应答位,0为应答，1为非应答
*/
​
void I2C_SendAck(ucha ackbit)
{
    SDA=ackbit;
    SCL=1;
    SCL=0;
}
​
/*
I2C接受应答位
返回值为接受到的应答位，0为应答，1为非应答
​
*/
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
    ucha AckBit,i;
    SDA=1;//释放SDA
    SCL=1;
    AckBit=SDA;
    SCL=0;  
    return AckBit;
}

I2C接口与AT24C02 EEPROM进行通信

AT24C02_WriteByte 函数

这个函数的目的是向AT24C02 EEPROM的指定地址写入一个字节的数据。

• 参数：WordAddress 是要写入数据的地址（一个无符号字符），Data 是要写入该地址的数据（也是一个无符号字符）。

• 过程：

  1. 调用 I2C_Start() 发送I2C起始条件。

  2. 调用 I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS) 发送EEPROM的设备地址（0xa0），注意这里的地址是以写模式发送的（末尾为0）。

  3. 调用 I2C_ReceiveAck() 接收从设备的应答，但这里并没有处理应答的结果。在实际应用中，应该检查应答以确认从设备是否已准备好接收数据。

  4. 调用 I2C_SendByte(WordAddress) 发送要写入数据的地址。

  5. 再次调用 I2C_ReceiveAck() 接收应答，确认地址已被从设备接收。

  6. 调用 I2C_SendByte(Data) 发送要写入的数据。

  7. 调用 I2C_ReceiveAck() 接收应答，但同样没有处理结果。

  8. 调用 I2C_Stop() 发送I2C停止条件，结束通信。

注意：函数中的 I2C_ReceiveAck() 调用虽然接收了应答，但没有检查其返回值来确定通信是否成功。在实际应用中，应该根据应答结果来决定是否继续执行或进行错误处理。

AT24C02_ReadByte 函数

这个函数的目的是从AT24C02 EEPROM的指定地址读取一个字节的数据。

• 参数：WordAddress 是要读取数据的地址（一个无符号字符）。

• 返回值：从指定地址读取的数据（一个无符号字符）。

• 过程：

  1. 调用 I2C_Start() 发送I2C起始条件。

  2. 调用 I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS) 发送EEPROM的设备地址（以写模式），以便设置要读取数据的地址。

  3. 调用 I2C_ReceiveAck() 接收应答。

  4. 调用 I2C_SendByte(WordAddress) 发送要读取数据的地址。

  5. 再次调用 I2C_ReceiveAck() 接收应答。

  6. 调用 I2C_Start() 再次发送I2C起始条件。

  7. 调用 I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01) 发送EEPROM的设备地址（这次以读模式发送，通过将地址的最低位设置为1来实现）。

  8. 调用 I2C_ReceiveAck() 接收应答。

  9. 调用 I2C_ReceiveByte() 接收从设备发送的数据，并将其存储在 Data 变量中。

  10. 调用 I2C_SendAck(1) 发送非应答信号（SDA为高电平），告诉从设备不需要更多数据。

  11. 调用 I2C_Stop() 发送I2C停止条件，结束通信。

  12. 返回读取到的数据 Data。

这个函数正确地实现了通过I2C接口从AT24C02 EEPROM读取数据的过程。不过，同样需要注意的是，在实际应用中应该根据 I2C_ReceiveAck() 的返回值来确认通信的每一步是否成功。

#include <REGX52.H>
#include "I2C.h"
#include "AT24C02.h"
​
#define AT24C02_ADDRESS 0xa0   // 1010 0000  末尾为0是写入，1为读取 低位写，高位读
​
typedef unsigned int uint;
typedef unsigned char ucha;
​
/*
            AT24C02写入一个字节
            WordADDress 要写入字节的地址
            Data 要写入的数据
​
*/   
void AT24C02_WriteByte(ucha WordAddress,ucha Data)
{
    //ucha ack;
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
//  ack=I2C_ReceiveAck();   //返回的结果为0,0为从机应答之后的回馈信号
//  if(ack==0)
//  {
//      P2=0x00;
//  }                    
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_SendByte(WordAddress);
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_SendByte(Data);
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_Stop();
}
​
/*
            AT24C02读取一个字节
            WordADDress 要读出字节的地址
            返回值为读出的数据
*/
​
ucha AT24C02_ReadByte(ucha WordAddress)
{
    ucha 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);//SDA等于1为非应答，SDA等于0为应答，SCL等于1为相应应答，为0拒绝应答
    I2C_Stop(); 
    return Data;
}

六、使用注意事项

• 在使用AT24C02时，需要确保I2C总线的时序和协议得到正确遵守，以避免通信失败或数据错误。

• 在进行写操作时，需要注意写保护引脚的状态，以避免意外地禁止写操作。

• 当需要连续写入多个字节时，应注意写入周期的限制，以避免写入速度过快导致的问题。

综上所述，AT24C02是一种功能强大、易于使用的串行EEPROM芯片，适用于多种低功耗、高速存储的应用场景。