AT24C02 EEPROM芯片详解：硬件特性、IIC协议及读写操作

AT24C02 EEPROM芯片详解：硬件特性、IIC协议及读写操作

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/2401_89062879/article/details/146062606

在单片机开发中，断电数据保存是一个常见的需求。例如，智能家居设备的用户设置、电子秤的校准参数等都需要在断电后仍能保留。AT24C02作为一款IIC接口的EEPROM芯片，具备非易失性存储、容量适中、接口简单等优势，非常适合用于这类场景。本文将详细介绍AT24C02的硬件特性、IIC协议的核心原理以及具体的读写操作方法。

1.为什么需要EEPROM?

在单片机开发中，断电数据保存是常见的需求。例如，智能家居设备的用户设置、电子秤的校准参数等都需要在断电后仍能保留。AT24C02作为一款IIC接口的EEPROM芯片，具备以下优势：

• 非易失性存储：断电后数据不丢失。
• 容量适中：256字节（2Kb）,适合存储小规模数据。
• 接口简单：仅需两根信号线（SDA、SCL），节省单片机IO口资源。

2.AT24C02硬件解析

1.芯片特性

• 工作原理：2.7V~5.5V(兼容51单片机5V供电)。
• 存储结构：分32页，每页八字节，支持页写入模式。
• 器件地址：高4位固定为1010，低四位由A0~A2引脚电平决定（默认接地地址为0xA0）。

2.硬件连接

3.IIC协议核心原理

IIC协议通过时序信号实现数据传输，需掌握以下关键操作：

1.起始信号与停止信号

在通信里，SCL 线高电平时，SDA 线从高到低是起始信号，从低到高是终止信号，都由主机发。起始信号一出现，总线被占用；终止信号发出后，总线恢复空闲。

void I2C_Start(void)
{
    I2C_SDA=1;
    I2C_SCL=1;
    I2C_SDA=0;
    I2C_SCL=0;
}
void I2C_Stop(void)
{
    I2C_SDA=0;
    I2C_SCL=1;
    I2C_SDA=1;
}  

2.数据有效性规定

I2C 总线传输数据时，时钟信号高电平时，数据线数据要保持稳定，仅时钟信号低电平时，数据线电平状态才可改变。每次数据传输以字节为单位，且传输的字节数量不设上限。

void I2C_SendByte(unsigned char Byte)
{
    unsigned char i;
    for (i=0;i<8;i++)
    {
        I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);
        I2C_SCL=1;
        I2C_SCL=0;
    }
}
unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
    unsigned char i,Byte=0x00;
    I2C_SDA=1;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        I2C_SCL=1;
        if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}
        I2C_SCL=0;
    }
    return Byte;	
}  

3.应答响应

I2C 总线数据传输时，发送器件传完一字节数据后，需紧跟校验位。此校验位由接收端控制 SDA 实现，是传输响应，分“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”。 接收端收到字节数据或地址后，想继续接收就发“应答(ACK)”低电平脉冲，发送方继续发数据；想结束则发“非应答(NACK)”高电平脉冲，发送方产生停止信号。 每个字节 8 位，先传最高位，后随一位应答位，一帧共 9 位。若从机不对寻址信号应答，将数据线置高，主机发终止信号。从机接收中无法继续，通过“非应答”通知主机结束。主机接收完最后一字节，用“非应答”结束，从机释放 SDA 线。起始信号必需，结束和应答信号可选。

void I2C_SendAct(bit ActBit)
{
    I2C_SDA=ActBit;
    I2C_SCL=1;
    I2C_SCL=0;
}
unsigned char I2C_ReceiveAct(void)
{
    unsigned char ActBit;
    I2C_SDA=1;
    I2C_SCL=1;
    ActBit=I2C_SDA;
    I2C_SCL=0;
    return ActBit;
}  

4.总线的寻址方式

4.AT24C02介绍

AT24C02器件地址为7位，高四位固定为1010，低3位由A0/A1/A2信号的电平决定。因为传输地址或数据是以字节为单位传送的，当传送地址时，器件地址占7位，还有最后一位（最低位R/W）用来选择读写方向，它与地址无关。其格式如下：

#define AT24C02_ADDRESS		0xA0

本开发板已经将A0/A1/A2连接到GND，所以器件地址为1010000，即0x50(未计算最低位)。如果要对芯片进行写操作时，R/W即为0，写器件地址即为0xA0;如果要对芯片进行读操作时，R/W即为1，此时读器件地址为0xA1。开发板上也将WP引脚直接接在GND上，此时芯片允许数据正常读写。

IIC总线时序如下：

1.写入一个字节

// 向AT24C02指定地址写入一个字节
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress, unsigned char Data) {
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
    if (I2C_ReceiveAct()) {
        // 应答错误处理，可根据需求添加更多逻辑
        return;
    }
    I2C_SendByte(WordAddress);
    if (I2C_ReceiveAct()) {
        return;
    }
    I2C_SendByte(Data);
    if (I2C_ReceiveAct()) {
        return;
    }
    I2C_Stop();
}  

1. 启动 I2C 通信 (
   I2C_Start()
   )：通过
   I2C_Start
   函数产生 I2C 起始信号，标志着一次新的 I2C 通信开始。
2. 发送设备地址 (
   I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS)
   )：将 AT24C02 的设备地址发送到总线上。
   AT24C02_ADDRESS
   是 AT24C02 的 7 位设备地址加上读写位（写操作时读写位为 0）。发送完设备地址后，调用
   I2C_ReceiveAct
   函数检查 AT24C02 是否返回了应答信号。如果没有收到应答信号，说明通信可能出现问题，函数直接返回。
3. 发送存储地址 (
   I2C_SendByte(WordAddress)
   )：将想要写入数据的存储地址发送到总线上。同样，发送完后检查 AT24C02 的应答信号。
4. 发送要写入的数据 (
   I2C_SendByte(Data)
   )：将需要写入到 AT24C02 中的数据发送到总线上，然后再次检查应答信号。
5. 停止 I2C 通信 (
   I2C_Stop()
   )：通过
   I2C_Stop
   函数产生 I2C 停止信号，结束本次通信。

2.读取一个字节

unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress) {
    unsigned char Data;
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
    if (I2C_ReceiveAct()) {
        return 0;  // 应答错误，返回0
    }
    I2C_SendByte(WordAddress);
    if (I2C_ReceiveAct()) {
        return 0;
    }
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS | 0x01);
    if (I2C_ReceiveAct()) {
        return 0;
    }
    Data = I2C_ReceiveByte();
    I2C_SendAct(1);  // 发送非应答位
    I2C_Stop();
    return Data;
}