27. AT24C02(I2C总线)
27.1. 存储器介绍
27.2. 存储器简化模型介绍，存储原理
27.3. 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
27.4. AT24C02引脚及应用电路，VCC接电源，A0~A2和GND接地，WP写保护接地，上拉电阻在单片机接口位置已经接好，开发板原理图中就不需要接了
27.5. AT24C02内部结构框图，EEPROM为存储单元网格，DEC译码器，RECOVERY数据擦除，
27.6. 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（通信协议，实现多设备通信，并标准规范化数据通信）
•两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）
•同步、半双工，带数据应答
•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。（标准和专利付费），下面是I2C相关的附件设备，左边第一个12864的小屏幕，中间是DS3231的时钟芯片，精度更高，右侧是陀螺仪。
27.7. I2C电路规范
•所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起
•设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式（单片机IO口为弱上拉模式，可以想象成输出口带上拉电阻，输出电流受限，开漏模式则是在上述基础上取消上拉电阻，无输出的时候IO口容易受外界干扰，电压不稳定）
•SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右（有标准规定，什么速率接什么电阻）
•开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”的功能，此设计主要是为了解决多机通信互相干扰的问题（可以实现与一个设备通信的时候，其他设备处于“断开”的状态，防止通信干扰）
27.8. I2C时序结构（六块拼图）
•起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平（S蓝色开始）
•终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平（P红色结束）
27.9. I2C时序结构_发送一个字节_绿色S byte
•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（下面SDA是连根线麻花的状态的意思是SDA初始情况不确定是0还是1，在SCL高电平（固定SDA的0或1状态），红色框是基本结构，SDA的最终状态看数据发送完毕后的状态，如果是0就是低电平，1就是高电平）
27.10. I2C时序结构_接收一个字节_紫色byte
•接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，主机将在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，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）
27.11. I2C时序结构
•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
•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）
27.12. I2C数据帧
•发送一帧数据（S为开始）（S:SLAVE+ADDRESS+W写,1读0写，地址前4位固定，24C02为1010，24C02芯片引脚A2,A1,A0接地0）（RA接收应答，从机应该发0）（S byte数据）(结束)
•完成任务：（上述完成）向谁发什么
27.13. I2C数据帧
•接收一帧数据：（S开始）（发送地址+R读）（RA应答0）（数据读）（主机发送应答）。。。（最后可发应答或非应答）（结束）
•完成任务：（上述完成）向谁收什么
27.14. I2C数据帧
•先发送再接收数据帧（复合格式）上述两个拼接，取消了一个P
•完成任务：向谁收指定的什么
27.15. AT24C02数据帧
•字节写：在WORD ADDRESS处写入数据DATA（发送一帧数据的变形）
•随机读：读出在WORD ADDRESS处的数据DATA（复合格式）
•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写为0xA0（1010 0000），SLAVE ADDRESS+R读为0xA1（1010 0001）27.16. AT24C02数据帧
•字节写：在“字地址”处写入“数据”
•随机读：读出在“字地址”处的“数据”
27.17. 24C02手册介绍24C04地址8位不够（8位256）
28. AT24C02数据存储&秒表
28.1. 程序设计思路
- 分为2个模块I2C.c 和AT24C02.c
- I2C.c模块包括6个模块，开始，结束，发送字节，接受字节，发送应答，接受应答
- AT24C02写2个数据帧，第一个数据帧在地址下写入数据，第二个在某个地址下读出；
- main中只需要调用AT24C02函数即可；
28.2. Proteus测试环境搭建
在Proteus中搜索 24C02找到24C02C并插入；
- 笔者的例子中的接线方式如图
- 笔者的例子中的接线方式如图
28.3. 按照编程思路，先做好I2C.c模块程序如下：
#include <REGX52.H>
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; //不清楚SDA 的初始状态，所以都置1
I2C_SCL=1;
I2C_SDA=0;
I2C_SCL=0;
}
/**
* @brief I2C停止
* @param
* @retval
*/
void I2C_Stop(void)
{
I2C_SDA=0; //不清楚SDA 的初始状态，所以都置1
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; //复核芯片手册关于高低切换时间的限制；
I2C_SCL=0; //所以此处无需delay；
}
}
/**
* @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()
{
unsigned char i,Byte;
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;
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;
I2C_SDA=1;
I2C_SCL=1;
AckBit=I2C_SDA;
I2C_SCL=0;
return AckBit;
}
- 28.4. I2C.h程序如下：
#ifndef _I2C_H_
#define _I2C_H_
void I2C_Start(void);
void I2C_Stop(void);
void I2C_SendByte(unsigned char Byte);
unsigned char I2C_ReceiveByte();
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit);
unsigned char I2C_ReceiveAck(void);
#endif
- 28.5. AT24C02.c的程序如下：
#include <REGX52.h>
#include "I2C.h"
#define AT24C02_ADDRESS 0xa0
/**
* @brief AT24C02 写入一个字节
* @param WordAddress字节要写入的地址0~255，Data要写入的数据
* @retval 无
*/
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress, Data)
{
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 要读出的字节的地址
* @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);
I2C_Stop();
return Data;
}
- 28.6. AT24C02.h的程序如下：
#ifndef _AT24C02_H_
#define _AT24C02_H_
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress, Data);
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress);
#endif
- 28.7. 主程序如下，在独立按键1按下的时候增加数字（最大65535），独立按键2按下的时候减小数字（最小0），按键3按下的时候，将对应的数字写入AT24C02，按键4按下的时候读出并显示之前写入的数字；
#include <REGX52.h>
#include "Four_Key.h"
#include "LCD1602.h"
#include "AT24C02.h"
#include "delay_xms.h"
unsigned char KeyNum;
unsigned int Num;
void main()
{
LCD_Init(); //LCD1602初始化
LCD_ShowString(1,1,"Hello");//不按按键显示Hello
// AT24C02_WriteByte(0,123);
// delay_xms(5);
// AT24C02_WriteByte(1,234);
// delay_xms(5);
// AT24C02_WriteByte(2,345);
// delay_xms(5);
// Data=AT24C02_ReadByte(1);
// LCD_ShowNum(2,1,Data,3);
while(1)
{
KeyNum=Four_Key();
if(KeyNum==1)
{
Num++;
LCD_ShowNum(1,1,Num,5);//数字随按键1按下释放后增加
}
if(KeyNum==2)
{
Num--;
LCD_ShowNum(1,1,Num,5);//数字随按键2按下释放后减小
}
if(KeyNum==3)
{
AT24C02_WriteByte(0,Num%256);
delay_xms(5);
AT24C02_WriteByte(1,Num/256);
delay_xms(5);
LCD_ShowString(2,1,"Write OK");
delay_xms(1000);
LCD_ShowString(2,1," ");//将数字拆分高低8位写入，写入后延时5ms
}
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_xms(1000); //读出并显示之前写入的数字
}
}
}
28.8. Proteus仿真和开发板测试无误
28.9. 新建工程AT24C02数据存储&秒表-定时器扫描按键数码管
- 工程的编程思路：
- 主函数main直接引用三个模块：定时器模块，独立按键模块和数码管模块
- 但是数码管和按键扫描需用用到定时器中断，如果独立按键模块和数码管模块直接一起调用定时器模块会出错；
- 所以需要改变写法；
- main中写定时器中断，按键模块中写一个函数是中断函数的调用，数码管一样的思路（称为驱动函数或调用函数，让主函数每隔一段时间调用一下）
- 反之，如果将独立按键模块与数码管显示都放在定时器模块中，则程序耦合性较高，太混乱，不利于代码管理；
- 之前的独立按键模块是用延时函数，为了消抖在按键按下后延时20ms，松开后依旧延时20ms，如果按键不松手，按键模块在while（1）中一直循环等待，之后考虑修改为每隔20ms对按键进行扫描（同时过滤了抖动），看按键的状态，同时设立一个标志位对比按键按下前后的状态，每隔20ms进行前后标志位对比，如果标志位没有变化说明按键没有按下，否则为按下，按键不卡程序；
28.10. 新建工程，程序需要实现的功能为，按下按键1，松开后秒表开始计时，再按一下1松开，秒表计时停止，按下按键2，计数清零，按下按键3，存储数据到AT24C02，按下按键4，将之前存储的数据显示在数码管上面，新建的工程中的数码管显示的模块程序为：
nixietube.c
#include <REGX52.H>
#include "delay_xms.h"
unsigned char Nixie_Buf[9]={0,10,10,10,10,10,10,10,10,};
unsigned char NixieTable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00,0x40};
void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Number)
{
Nixie_Buf[Location]=Number;
}
void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number)
{
P0=0x00;//清零；
switch(Location)
{
case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;
case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;
case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;
case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;
case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;
case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;
case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;
case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;
}
P0=NixieTable[Number];//数码管消影，因为位选-段选-位选-段选，段选数据与位选穿位导致
}
void Nixie_Loop(void)
{
static unsigned char i;//计次
Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]);
i++;
if(i>=9){i=1;}
}
- nixietube.h的程序为：
#ifndef _NIXIETUBE_H_
#define _NIXIETUBE_H_
void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Number);
void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number);
void Nixie_Loop(void);
#endif
- 独立按键的模块程序Key.c程序为：
#include <REGX52.h>
#include "delay_xms.h"
unsigned char Key_KeyNumber;
unsigned char Key(void)
{
unsigned char Temp=0; //加入中间变量，对Key_KeyNumber进行清0
Temp=Key_KeyNumber;
Key_KeyNumber=0;
return Temp;
}
unsigned char Key_GetStatus()
{
unsigned char KeyNum=0;
if(P3_1==0){KeyNum=1;}
if(P3_0==0){KeyNum=2;}
if(P3_2==0){KeyNum=3;}
if(P3_3==0){KeyNum=4;}
return KeyNum;
}
void Key_Loop(void)
{
static unsigned char Now_Status,Last_Status;
Last_Status=Now_Status;
Now_Status=Key_GetStatus();
if(Last_Status==1 && Now_Status==0){Key_KeyNumber=1;}
if(Last_Status==2 && Now_Status==0){Key_KeyNumber=2;}
if(Last_Status==3 && Now_Status==0){Key_KeyNumber=3;}
if(Last_Status==4 && Now_Status==0){Key_KeyNumber=4;}
}
- Key.h的程序为：
#ifndef _KEY_H_
#define _KEY_H_
unsigned char Key();
void Key_Loop();
#endif
- main.c主函数程序为：
#include <REGX52.h>
#include "TimeR0.h"
#include "Key.h"
#include "nixietube.h"
#include "delay_xms.h"
#include "AT24C02.h"
unsigned char KeyNum;
unsigned char Min,Sec,mSec;
unsigned char RunFlag;
void main()
{
TimeR0_Init();
while(1)
{
KeyNum=Key();
if(KeyNum==1)
{
RunFlag=!RunFlag;
}
if(KeyNum==2)
{
Min=0;
Sec=0;
mSec=0;
}
if(KeyNum==3)
{
AT24C02_WriteByte(0,Min);
delay_xms(5);
AT24C02_WriteByte(1,Sec);
delay_xms(5);
AT24C02_WriteByte(2,mSec);
delay_xms(5);
}
if(KeyNum==4)
{
Min=AT24C02_ReadByte(0);
Sec=AT24C02_ReadByte(1);
mSec=AT24C02_ReadByte(2);
}
Nixie_SetBuf(1,Min/10);
Nixie_SetBuf(2,Min%10);
Nixie_SetBuf(3,11);
Nixie_SetBuf(4,Sec/10);
Nixie_SetBuf(5,Sec%10);
Nixie_SetBuf(6,11);
Nixie_SetBuf(7,mSec/10);
Nixie_SetBuf(8,mSec%10);
}
}
void Sec_Loop(void)
{
mSec++;
if(mSec>=100)
{
mSec=0;
Sec++;
if(Sec>=60)
{
Sec=0;
Min++;
if(Min>=60)
{
Min=0;
}
}
}
}
void TimeR0_Routine() interrupt 1 //中断子函数
{
static unsigned int T0Count1,T0Count2,T0Count3; //设置静态子函数用T0Count，防止T0Count丢失
TL0=0x18; //设置定时初始值
TH0=0xFC; //设置定时初始值
T0Count1++;
if(T0Count1>=1000)
{
T0Count1=0;
Key_Loop();
}
T0Count2++;
if(T0Count2>=2)
{
T0Count2=0;
Nixie_Loop();
}
T0Count3++;
if(T0Count3>=10)
{
T0Count3=0;
Sec_Loop();
}
}
- Proteus仿真
