• 【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

    立创商城_一站式电子元器件采购自营商城_现货元器件交易网-嘉立创电子商城

    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

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名       : iic_start
    3. * 函数功能		 : 产生IIC起始信号
    4. * 输    入       : 无
    5. * 输    出    	 : 无
    6. *******************************************************************************/
    7. void iic_start(void)
    8. {
    9. 	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
    10. 	delay_10us(1);
    11. 	IIC_SCL=1;
    12. 	delay_10us(1);
    13. 	IIC_SDA=0;	//当SCL为高电平时，SDA由高变为低，表示起始信号
    14. 	delay_10us(1);
    15. 	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
    16. 	delay_10us(1);
    17. }

    终止信号

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : iic_stop
    3. * 函数功能		   : 产生IIC停止信号   
    4. * 输    入         : 无
    5. * 输    出         : 无
    6. *******************************************************************************/
    7. void iic_stop(void)
    8. {	
    9. 	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
    10. 	delay_10us(1);
    11. 	IIC_SCL=1;
    12. 	delay_10us(1);
    13. 	IIC_SDA=1;	//当SCL为高电平时，SDA由低变为高，表示结束信号
    14. 	delay_10us(1);			
    15. }

    2.I2C发送一个字节

    传输”0“或应答位（A）

    传输”1“或应答位（/A）

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : iic_write_byte
    3. * 函数功能		   : IIC发送一个字节 
    4. * 输    入         : dat：发送一个字节
    5. * 输    出         : 无
    6. *******************************************************************************/
    7. void iic_write_byte(u8 dat)
    8. {                        
    9.     u8 i=0; 
    10. 	   	
    11.     //为了保证时序正确，这里要加上    
    12.     //当SDA将数据放好才可以将SCL置为高电平
    13.     IIC_SCL=0; 
    14.     for(i=0;i<8;i++)	//循环8次将一个字节传出，先传高再传低位
    15.     {              
    16.         if((dat&0x80)>0) 
    17. 			IIC_SDA=1;
    18. 		else
    19. 			IIC_SDA=0;
    20.         dat<<=1; //将次高位移动到最高位	  
    21. 		delay_10us(1);  
    22. 		IIC_SCL=1; //产生一个上升沿
    23. 		delay_10us(1); 
    24. 		IIC_SCL=0; //产生一个下降沿	
    25. 		delay_10us(1);
    26.     }	 
    27. }

     

    （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  

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : iic_ack
    3. * 函数功能		   : 产生ACK应答  
    4. * 输    入         : 无
    5. * 输    出         : 无
    6. *******************************************************************************/
    7. void iic_ack(void)
    8. {
    9. 	IIC_SCL=0;
    10. 	IIC_SDA=0;	//SDA为低电平
    11. 	delay_10us(1);
    12.    	IIC_SCL=1;   //将SCL拉高
    13. 	delay_10us(1);
    14. 	IIC_SCL=0;  //在将SCL拉低
    15. }

     产生NACK非应答 

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : iic_nack
    3. * 函数功能		   : 产生NACK非应答  
    4. * 输    入         : 无
    5. * 输    出         : 无
    6. *******************************************************************************/
    7. void iic_nack(void)
    8. {
    9. 	IIC_SCL=0;
    10. 	IIC_SDA=1;	//SDA为高电平
    11. 	delay_10us(1);
    12.    	IIC_SCL=1;
    13. 	delay_10us(1);
    14. 	IIC_SCL=0;	
    15. }

    等待应答信号到来 

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : iic_wait_ack
    3. * 函数功能		   : 等待应答信号到来   
    4. * 输    入         : 无
    5. * 输    出         : 1，接收应答失败
    6.         			 0，接收应答成功
    7. *******************************************************************************/
    8. u8 iic_wait_ack(void)
    9. {
    10. 	u8 time_temp=0;
    11. 	
    12. 	IIC_SCL=1;
    13. 	delay_10us(1);
    14. 	while(IIC_SDA)	//等待SDA为低电平
    15. 	{
    16. 		time_temp++;
    17. 		if(time_temp>100)//超时则强制结束IIC通信
    18. 		{	
    19. 			iic_stop();
    20. 			return 1;	
    21. 		}			
    22. 	}
    23. 	IIC_SCL=0;
    24. 	return 0;	
    25. }

    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。

    1. unsigned char IIC_ReadByte()
    2. {
    3.     unsigned char a=0,dat=0;
    4.     //释放总线
    5.     IIC_SDA=1;  //起始和发送一个字节之后IIC_SCL都是0
    6.     IIC_delay();
    7.     //按道理来说这里应该有一个SCL=0的
    8.     for(a=0;a<8;a++){
    9.         IIC_SCL=1;//通知从设备我要开始读了，可以放bit数据到SDA了
    10.         IIC_delay();
    11.         dat<<=1; //读取的时候高位再前
    12.         dat|=IIC_SDA;
    13.         IIC_delay();
    14.         IIC_SCL=0;// 拉低为下一个bit周期做准备
    15.         ICC_delay();
    16.     }
    17.     return dat;
    18. }

    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

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : at24c02_write_one_byte
    3. * 函数功能		   : 在AT24CXX指定地址写入一个数据
    4. * 输    入         : addr:写入数据的目的地址 
    5. 					 dat:要写入的数据
    6. * 输    出         : 无
    7. *******************************************************************************/
    8. void at24c02_write_one_byte(u8 addr,u8 dat)
    9. {				   	  	    																 
    10.     iic_start();  
    11. 	iic_write_byte(0XA0);	//发送写命令，发送写器件地址	    	  
    12. 	iic_wait_ack();	//表示要接收应答 
    13.     iic_write_byte(addr);	//发送写地址   
    14. 	iic_wait_ack(); //表示要接收应答 	 										  		   
    15. 	iic_write_byte(dat);	//发送字节    							   
    16. 	iic_wait_ack();  		    	   
    17.     iic_stop();				//产生一个停止条件
    18. 	delay_ms(10);	 
    19. }

    页写

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : at24c02_write_one_byte
    3. * 函数功能		   : 在AT24CXX指定地址写入一个数据
    4. * 输    入         : addr:写入数据的目的地址 
    5. 					 dat:要写入的数据
    6. * 输    出         : 无
    7. *******************************************************************************/
    8. void at24c02_write_one_byte(u8 addr,u8 dat[],u8 i)
    9. {				   	
    10.     u8 j;  	    																 
    11.     iic_start();  
    12. 	iic_write_byte(0XA0);	//发送写命令，发送写器件地址	    	  
    13. 	iic_wait_ack();	//表示要接收应答 
    14.     iic_write_byte(addr);	//发送写地址   
    15. 	iic_wait_ack(); //表示要接收应答 	 										  		   
    16. 	for(j=0;j
    17.         iic_write_byte(dat[i]);	//发送字节    							   
    18. 	    iic_wait_ack();
    19.     }  		    	   
    20.     iic_stop();				//产生一个停止条件
    21. 	delay_ms(10);	 
    22. }

    3. 24C02读高层时序

    1. /*******************************************************************************
    2. * 函 数 名         : at24c02_read_one_byte
    3. * 函数功能		   : 在AT24CXX指定地址读出一个数据
    4. * 输    入         : addr:开始读数的地址 
    5. * 输    出         : 读到的数据
    6. *******************************************************************************/
    7. u8 at24c02_read_one_byte(u8 addr)
    8. {				  
    9. 	u8 temp=0;		  	    																 
    10.     iic_start();  
    11. 	iic_write_byte(0XA0);	//发送写命令	   
    12. 	iic_wait_ack(); 
    13.     iic_write_byte(addr); 	//发送写地址  
    14. 	iic_wait_ack();	    
    15. 	iic_start();  	 	   
    16. 	iic_write_byte(0XA1); 	//进入接收模式         			   
    17. 	iic_wait_ack();	 
    18.     temp=iic_read_byte(0);	//读取字节		   
    19.     iic_stop();				//产生一个停止条件    
    20. 	return temp;			//返回读取的数据
    21. }

    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

    1. /*******************************************************************************
    2. * 实验名			  : EEPROM实验
    3. * 使用的IO	    : 
    4. * 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，
    5. *按K4显示数据清零。
    6. *	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
    7. *取下来。
    8. *
    9. *********************************************************************************/
    10. #include 
    11. #include "at24c02.h"
    12. #include "uart.h"
    13.  
    14.  
    15.  
    16. void delay20ms(void)   //误差 -0.000000000005us
    17. {
    18.     unsigned char a,b,c;
    19.     for(c=1;c>0;c--)
    20.         for(b=222;b>0;b--)
    21.             for(a=40;a>0;a--);
    22. }
    23.  
    24. /*******************************************************************************
    25. * 函 数 名         : main
    26. * 函数功能		   : 主函数
    27. * 输    入         : 无
    28. * 输    出         : 无
    29. *******************************************************************************/
    30.  
    31. void main()
    32. {
    33. 	unsigned char i;
    34. 	unsigned char addr;	
    35. 	unsigned char src_data[] = "()ab#cde!fg1234567";	
    36. 	unsigned char buf[8] = "ABCDEFGH";
    37.  
    38. 	uart_init();
    39. /*
    40. 	for (i=0; i<128; i++)
    41. 	{
    42. 		uart_send_byte(i);
    43. 	}
    44. 	while (1);
    45. */
    46. 	// 先随便找一堆数据，譬如"abcdefg1234567-_-*&%@/\"
    47. 	// 把这些写入EEPROM的特定地址中
    48. 	// 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
    49.  
    50. 	uart_send_byte('%');
    51.  
    52. 	addr = 0;
    53. 	for (i=0; i<8; i++)
    54. 	{
    55. 		At24c02Write(addr, src_data[i]);
    56. 		delay20ms();
    57. 		addr++;
    58. 	}
    59.  
    60. 	//先打印出buf
    61.     //如果这里没有给buf初始化，则打印会出现问题
    62. 	for (i=0; i<8; i++)
    63. 	{
    64. 		uart_send_byte(buf[i]);
    65. 	}
    66. 	
    67.  
    68. 	//分割
    69. 	for (i=0; i<20; i++)
    70. 	{
    71. 		uart_send_byte('-');
    72. 	}
    73. 	
    74. 	// 读出测试
    75. 	addr = 0;
    76. 	for (i=0; i<8; i++)
    77. 	{
    78. 		buf[i] = At24c02Read(addr);
    79. 		delay20ms();
    80. 		addr++;
    81. 	}
    82.  
    83. 	//将数据打印出来
    84. 	for (i=0; i<8; i++)
    85. 	{
    86. 		uart_send_byte(buf[i]);
    87. 	}
    88.  
    89. 	while (1);
    90.  
    91. 	// 进一步测试
    92. 	// 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
    93.  
    94. }

    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

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