STM51单片机学习记录（八）通过AT24C02实现掉电存储

1.AT24C02简介

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。

AT24C02的引脚及应用电路如下图所示：

2.I2C总线简介及原理

I2C总线（Inter IC BUS）是由Philips公司开发的一种通用数据总线。

它具有两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）。

它有以下特点：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。

I2C的具体原理如下：

• 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
• SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右
• 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

简而言之：在默认状态下，SDA和SCL均处于高电平（置1）（挂起）状态，此时所有设备开关断开，均处于悬空状态；当SDA或SCL置0时，开关闭合，对应导线接地，即处于低电平（置0）（拉低）状态。

通过控制SCL与SDA可以实现开关的闭合，从而实现通信。

3.I2C数据帧

要实现”主机对指定从机发送指定信息”，或”主机从指定从机接收指定信息“的功能，需要多种数据帧进行拼接实现，下面介绍这些数据帧及对应的代码实现：

Start帧与Stop帧：

void I2C_Start(){
	I2C_SDA=1;//若SCL先置1，则可能会读取SDA的数据，为了不产生影响先把SDA置1
	I2C_SCL=1;//此时SCL与SDA均处于高电平，符合Start帧的初始条件
	
	I2C_SDA=0;//在SCL处于高电平时拉低SDA，表示开始
	I2C_SCL=0;//SCL置0还原，对接后续帧
}

void I2C_Stop(){
	//I2C_SCL=0;//此处SCL无需置0，是因为Stop帧都是跟在ACK帧后的，而ACK帧的SCL都以0结束
	I2C_SDA=0;
	
	I2C_SCL=1;
	I2C_SDA=1;
}

SendByte帧：

void I2C_SendByte(unsigned char Byte){
	unsigned char i,currentBit;
	for(i=0;i<8;i++){
		currentBit=Byte&(0x80>>i);
		I2C_SDA=currentBit;
		I2C_SCL=1;//I2C_SCL置1开始读取数据
		I2C_SCL=0;//I2C_SCL置0结束读取数据
	}
}

需要注意的是：由于24C02的电气特性中，SCL灵敏度支持的最大频率为1000kHz(即只要电平持续时间大于1μs即可正常读取数据)。而11.0592MHz经过12分频后为921.6KHz，即约1.085μs翻转一下，再翻回来形成一个周期，即2.170μs。
2.170>1，因此I2C_SCL可以直接置1后置0。
同时，还需要满足24C02的电气特性中的时钟高电平宽度要求，该要求要求高电平持续时间至少0.4μs。 2.170>0.4,因此I2C_SCL可以直接置1后置0。

下图为24C02的电气特性表（部分）：

ReceiveByte帧：

unsigned char I2C_ReceiveByte(){
	unsigned char i,currentBit;
	unsigned char Byte=0x00;//0000 0000
	
	I2C_SDA=1;//主机释放总线（松手悬挂），将控制权交给从机
	
	for(i=0;i<8;i++){
		I2C_SCL=1;//I2C_SCL置1开始读取数据
		currentBit=I2C_SDA;
		if(currentBit){
			Byte|=(0x80>>i);
		}
		I2C_SCL=0;//I2C_SCL置0结束读取数据
	}
	return Byte;
}

SendAck帧与ReceiveAck帧：

Ack帧0表示收到，1表示未收到。

void I2C_SendAck(unsigned char Ackbit){//此处也可以用bit类型，bit是C51中特有的数据类型，类似bool型，只有0和1
	I2C_SDA=Ackbit;//把数据放入I2C_SDA
	I2C_SCL=1;//I2C_SCL置1开始读取I2C_SDA的数据
	I2C_SCL=0;//I2C_SCL置0结束读取I2C_SDA的数据
}

unsigned char I2C_ReceiveAck(){
	unsigned char Ackbit;
	I2C_SDA=1;//主机释放总线（松手悬挂），将控制权交给从机
	//...			//此时从机会更改I2C_SDA的电平
	I2C_SCL=1;//I2C_SCL置1开始读取I2C_SDA的数据
	Ackbit=I2C_SDA;
	I2C_SCL=0;//I2C_SCL置0结束读取I2C_SDA的数据
	
	return Ackbit;
	
}

4.AT24C02数据帧

AT24C02的数据帧就由上面的六中最基本的数据帧拼凑而成。具体的拼凑方式及对应代码如下：

字节写：

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();
}

随机读：

这里讲解一下随机读的逻辑：

开始→主机声明要读的设备（此处需要SLAVE ADDRESS+W而非SLAVE ADDRESS+R是为了继续发送WordAddress）→主机接收从机的ACK→主机声明读的设备的具体位置（要在该设备的哪个地址写入）主机接收从机的ACK→

重新开始，把控制权交给从机→主机声明要读的设备（要读哪个设备）→主机接收从机的ACK→主机读取从机发到SDA线上的数据→主机发送ACK表示是否接收到从机发来的数据（此处SendAck为0为1均可）→结束

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;
}

需要注意的是：AT24C02的固定地址为1010，本开发板上的可配置地址为000，所以SLAVE ADDRESS+W为0xA0，SLAVE ADDRESS+R为0xA1。

5.利用AT24C02实现掉电存储数据

功能如下：

初始状态：LCD1602显示5个0。

按独立按键1：显示数值+1。

按独立按键2：显示数值-1。

按独立按键3：把数据存至AT24C02，显示写入成功。

按独立按键4：将AT24C02中的数据读出，显示读出成功。

具体代码如下：

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Delay.h"
#include "Key.h"
#include "AT24C02.h"

unsigned char KeyNum;
unsigned int Num;
void main()
{
	LCD_Init();
	LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
  while(1)
  {
		KeyNum=Key();
		if(KeyNum==1){
			Num++;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
		}
		if(KeyNum==2){
			Num--;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
		}
		if(KeyNum==3){
			AT24C02_WriteByte(0,Num%256);//Num有16位，在0位置存入低8位
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(1,Num/256);//Num有16位，在1位置存入高8位
			Delay(5);
			LCD_ShowString(2,1,"Write OK!");
			Delay(1000);
			LCD_ShowString(2,1,"         ");
		}
		if(KeyNum==4){
			Num=AT24C02_ReadByte(0);//精度低的赋值给精度高的，高位自动补零；精度高的赋值给精度低的，从低位开始保留
			Num|=AT24C02_ReadByte(1)<<8;//这里会先将AT24C02_ReadByte(1)转换为16位并将高8位补0，因此在左移8位后不会清零
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
			LCD_ShowString(2,1,"Read OK!");
			Delay(1000);
			LCD_ShowString(2,1,"        ");			
			
		}
	}
}

需要注意的是，同样由于24C02的电气特性，在字节写的时候需要有5ms的延迟确保写入成功，因此需要在AT24C02_WriteByte后Delay(5)。