E2PROM芯片24C02的读写程序

一、实验目的：

给24C02的内部RAM写入一组数据0xb0，数据从24C02内部RAM的0x01开始存放。然后再把这组数据读出来，来点亮LED灯，检验写入和读出是否正确。

二、理论知识准备：

下面我们先介绍一下I2C总线的相关理论知识。 

（一）、I2C总线概念

I2C总线是一种双向二线制总线，它的结构简单，可靠性和抗干扰性能好。目前很多公司都推出了基于I2C总线的外围器件，例如我们学习板上的24C02芯片，就是一个带有I2C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，方便进行数据的长期保存。 

（二）、I2C总线结构

I2C总线结构很简单，只有两条线，包括一条数据线（SDA）和一条串行时钟线（SCL）。具有I2C接口的器件可以通过这两根线接到总线上，进行相互之间的信息传递。连接到总线的器件具有不同的地址，CPU根据不同的地址进行识别，从而实现对硬件系统简单灵活的控制。

一个典型的I2C总线应用系统的组成结构如下图所示：

 我们知道单片机串行通讯的发送和接收一般都各用一条线TXD和RXD，而I2C总线的数据线既可以发送也可以接收，工作方式可以通过软件设置。所以，I2C总线结构的硬件结构非常简洁。

当某器件向总线上发送信息时，它就是发送器，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器。

 （三）、I2C总线上的数据传送

下面我们看看I2C总线是如何进行数据传送的。我们知道，在一根数据线上传送数据时必须一位一位的进行，所以我们首先研究位传送。

1、位传输

I2C总线每传送一位数据必须有一个时钟脉冲。被传送的数据在时钟SCL的高电平期间保持稳定，只有在SCL低电平期间才能够改变，示意图如下图所示，在标准模式下，高低电平宽度必须不小于4.7us。 

 

那么是不是所有I2C总线中的信号都必须符合上述的有效性呢？只有两个例外，就是开始和停止信号。

开始信号：当SCL为高电平时，SDA发生从高到低的跳变，就定义为开始信号。

停止信号：当SCL为高电平时，SDA发生从低到高的跳变，就定义为结束信号。

 开始和结束信号的时序图如下图所示：

2.应答信号和非应答信号：

 
  

2、数据传输的字节格式

SDA传送数据是以字节为单位进行的。每个字节必须是8位，但是传输的字节数量不受限制，首先传送的是数据的最高位。每次传送一个字节完毕，必须接收到从机发出的一个应答位，才能开始下一个字节的传输。如果没有接受到应答位，主机则产生一个停止条件结束本次的传送。那么从机应该发出什么信号算是产生了应答呢？这个过程是这样的。当主器件传送一个字节后，在第9个SCL时钟内置高SDA线，而从器件的响应信号将SDA拉低，从而给出一个应答位。
 

好啦，了解了I2C传输数据的格式，现在来研究双方传送的协议问题。

 3、 I2C数据传输协议

I2C总线的数据传输协议如下：

（1）、主器件发出开始信号

（2）、主器件发出第一个字节，用来选通相应的从器件。其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，方向位为“1”表示接受。

（3）、从机产生应答信号，进入下一个传送周期，如果从器件没有给出应答信号，此时主器件产生一个结束信号使得传送结束，传送数据无效。

（4）、接下来主、从器件正式进行数据的传送，这时在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位（传送的时候先送高位，再送低位）。当一个字节传送完毕时，从机再发送一个应答位（第9位），如上一条所述，这样每次传送一个字节都需要9个时钟脉冲。数据的传送过程如下图所示：

（四）、24C02芯片相关介绍

AT24C02是带有I2C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，并且可以象普通RAM一样用程序改写。它的容量是256个字节（00h～0ffh），有A2、A1、A0三位地址，可见I2C总线上可以连接8片AT24C02，它的寻址字节是1010 A2A1A0 R/W。板上面24C02的电路连接如图所示：

我们对引脚的功能作一个简单的解释：VCC，GND：电源、地引脚

      A2A1A0：地址引脚

          SCLK、SDA：通信引脚

          WP：写保护引脚(高电平保护)

从上面的电路连接知：A2A1A0=111，可见如果要对24C02进行写操作，寻址字节是1010 111 0；如果对24C02进行读操作，寻址字节是1010 111 1。用单片机的P1.0脚作为串行时钟线，用P1.1脚作串行数据线。

（五）、程序分析

         写过程：

（1）、主机首先发出开始信号

（2）、发出写24C02的寻址字节1010 111 0，即0xae

（3）、发数据写入24C02的地址，本例中为0x01

（4）、往24C02中写入数据，这里是1个字节，为0xfe

（5）、写完毕发出停止信号

          读过程：

（1）、主机发出开始信号

（2）、发写24C02的寻址字节1010 111 0

（大家可能要问：我们是读数据，为什么要发写信号呢？这是因为你首先要送出一个信号，说明从24C02中的哪个地址读取数据。）

（3）、发要读取的数据在24C02中的地址，即0x01

（4）、主机发开始信号

（5）、发读24C02的寻址字节1010 1111

（5）、从24C02中读取数据，地址为0x01

（6）、读取完毕发出停止信号

在这个程序中，我们把开始信号，结束信号、写一个字节数据、读一个字节数据都编制成为通用的子程序，便于在程序中随时调用。发送和接受应答位的过程放到子程序中，这样可以使得程序结构简化。具体的程序如下所示，希望大家认真理解。

 三、实验程序

/*
项目名称：24C02芯片操作
实现功能：在24C02里面写入一个数值，再读取出来，
送给P0口来观察LED灯的亮灭
作者： YUAN
*/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h> //_nop_()延时头文件
typedef unsigned char uChar8;
typedef unsigned int uInt16;
sbit SDA = P1^0;
sbit SCL = P1^1;
uChar8 gIICData = 0xb0; //用在IIC写数据函数，定义了要写入的数值
uChar8 gIICAdd = 0x01; //用在IIC写数据函数。定义了要写入的子地址

//延时函数
void DelayMS(uInt16 ValMS);
void Delay5us(void);
//IIC操作的几个函数
void IICInit(void); //IIC初始化
void IICStart(void); //起始信号
void IICStop(void); //停止信号
//void IICAck(void); //应答信号
void IICReadAck(void); //读应答信号
void IICWriteOneByte(uChar8 ByteVal); //写一个字节
uChar8 IICReadOneByte(void); //读一个字节
void IICWriteOneData(uChar8 DataVal,uChar8 AddVal); //写一个数据到指定的地址
uChar8 IICReadOneData(uChar8 AddVal); //在指定地址里面读数据


void main()
{
IICInit();
while(1)
{
IICWriteOneData(gIICData,gIICAdd);//global 全球，全局
DelayMS(5);
P0 = IICReadOneData(gIICAdd);
while(1);
}
}

void DelayMS(uInt16 ValMS) //延时函数
{
uInt16 uiVal,ujVal;
for(uiVal = 0; uiVal < ValMS; uiVal++)
for(ujVal = 0; ujVal < 113; ujVal++);
}
void Delay5us(void)
{
_nop_();_nop_();_nop_();
_nop_();_nop_();_nop_();
}
//IIC总线空闲时均为高电平
void IICInit(void) //IIC初始化
{
SCL = 0;
SDA=1;
Delay5us();
SCL=1;
}
//SCL高电平期间SDA由高到低的变化为起始信号
void IICStart(void) //起始信号
{
SCL = 0;
Delay5us();
SDA = 1;
Delay5us();
SCL = 1;
Delay5us();
SDA = 0;
Delay5us();
//防止接下来SDA数据变化导致IIC总线误判
SCL = 0;
}
//SCL高电平期间SDA由低到高的变化为终止信号
void IICStop(void) //停止信号
{
SCL = 0;
Delay5us();
SDA = 0;
Delay5us();
SCL = 1;
Delay5us();
SDA = 1;
Delay5us();
//防止接下来SDA数据变化导致IIC总线误判
SCL = 0;
}
//一个脉冲期间，SDA为低电平为应答
//void IICAck(void) //应答信号
//{
// SCL = 0;
// Delay5us();
// SDA = 0;
// Delay5us();
// SCL = 1;
// Delay5us();
// SCL = 0;
//}
/*cpu读应答信号，如果应答了则
继续传输数据，否则在一定时间里，
默认已经应答，继续传数据
*/
void IICReadAck(void) //读应答信号
{
uChar8 i = 0;
SCL = 0;
SDA = 1; //确保读出的值为0，因此先送1
Delay5us();
SCL = 1;
Delay5us();
//如果没有应答或时间没有超过预定时间则停在此处
while((1 == SDA)&&(i<255))i++;
SCL = 0;
Delay5us();
SDA = 1;
}
/*
写1个字节，先写高位。
*/
void IICWriteOneByte(uChar8 ByteVal) //写一个字节
{
uChar8 i,iVal;
iVal = ByteVal;

for(i=0;i<8;i++)
{

SCL = 0;
Delay5us();
SDA =(bit)(iVal&0x80);//把数据准备好等待传送
Delay5us();
SCL =1;
Delay5us();
iVal <<=1;
}
SCL =0;
Delay5us();
SDA =1;
}
/*
读取一个字节并把读到的值返回
*/
uChar8 IICReadOneByte(void)
{
uChar8 i,iVal;
SCL =0;
SDA =1;
for(i=0;i<8;i++)
{
iVal <<=1;
SCL =0;
Delay5us();
SCL =1;
Delay5us();
iVal =(iVal|SDA);
}
SCL =0;
return iVal;
}
voidIICWriteOneData(uChar8 DataVal,uChar8 AddVal)//写一个数据到指定的地址
{
IICStart();
IICWriteOneByte(0xae);//24c02器件地址+写控制位
IICReadAck();
IICWriteOneByte(AddVal);//写24c02子地址，即数据存储的地址
IICReadAck();
IICWriteOneByte(DataVal);
IICReadAck();
Delay5us();//
IICStop();
}

uChar8 IICReadOneData(uChar8 AddVal)//在指定地址里面读数据
{
uChar8 iVal;
IICStart();
IICWriteOneByte(0xae);//24c02器件地址+写控制位
IICReadAck();
IICWriteOneByte(AddVal);
IICReadAck();
IICStart();
IICWriteOneByte(0xaf);//24c02器件地址+读控制位
IICReadAck();
iVal =IICReadOneByte();
IICStop();
return iVal;
}