基于Keil C的AT24C02串行E2PROM的編程

AT24C02是美國(guó)Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256×8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(2。5～5。5V)、擦寫(xiě)次數(shù)多(大于10000次)、寫(xiě)入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。而且他是采用了I2C總線(xiàn)式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的串行器件，占用很少的資源和I／O線(xiàn)，并且支持在線(xiàn)編程，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存取十分方便。

1AT24C02的引腳功能

AT24C02引腳如圖1所示。

他的的1、2、3腳是3根地址線(xiàn)，用于確定芯片的硬件地址。第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入／輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)這根雙向I2C總線(xiàn)串行傳送。第6腳SCL為串行時(shí)鐘，SDA和SCL為漏極開(kāi)路端，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中都需要和正電源間各接一個(gè)5。1kΩ的電阻上拉。第7腳為WP寫(xiě)保護(hù)端，接地時(shí)允許芯片執(zhí)行一般的讀寫(xiě)操作；接正電源時(shí)只允許對(duì)器件進(jìn)行讀操作。

2AT24C02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2為AT24C02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

啟動(dòng)、停止邏輯單元接收數(shù)據(jù)引腳SDA上的電平信號(hào)，判斷是否進(jìn)行啟動(dòng)和停止操作串行控制邏輯單元根據(jù)SCL，SDA電平信號(hào)以及“啟動(dòng)、停止邏輯”部件發(fā)出的各種信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，并排列出有關(guān)的“尋址”、“讀數(shù)據(jù)”和“寫(xiě)數(shù)據(jù)”等邏輯，將他們傳送到相應(yīng)的操作單元。例如：當(dāng)操作命令為“尋址”時(shí)候，他將通知地址計(jì)數(shù)器加1，并啟動(dòng)“地址比較”器進(jìn)行工作。在“讀數(shù)據(jù)”時(shí)，他控制“Dout／確認(rèn)邏輯”單元；在“寫(xiě)數(shù)據(jù)”時(shí)候，他控制“高壓泵／定時(shí)”電路，以便向E2PROM電路提供編程所需要的高電壓。

地址／計(jì)數(shù)器單元產(chǎn)生訪問(wèn)E2PROM所需要的存儲(chǔ)單元的地址，并將其分別送到X譯碼器進(jìn)行字選，送到Y(jié)譯碼器進(jìn)行位選。

高壓泵／定時(shí)單元由于E2PROM數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)候需要向電路施加編程高電壓，為了解決單一電源電壓的供電問(wèn)題，芯片生產(chǎn)廠家采用了電壓的片內(nèi)提升電路。電壓的提升范圍一般可以達(dá)12～21。5V。

Dout／確認(rèn)邏輯單元地址和數(shù)據(jù)均以8位二進(jìn)制碼串行輸入／輸出。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，每成功傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。在第9個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)將SDA線(xiàn)置于低電壓作為應(yīng)答信號(hào)。

AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫(xiě)入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫(xiě)。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫(xiě)入時(shí)間，一次操作可寫(xiě)入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

I2C總線(xiàn)是一種用于IC器件之間連接的二線(xiàn)制總線(xiàn)。他通過(guò)SDA(串行數(shù)據(jù)線(xiàn))及SCL(串行時(shí)鐘線(xiàn))兩根線(xiàn)在連到總線(xiàn)上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件。AT24C02正是運(yùn)用了I2C規(guī)程，使用主／從機(jī)雙向通信，主機(jī)(通常為單片機(jī))和從機(jī)(AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機(jī)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)(通過(guò)SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線(xiàn)的傳送方向，并產(chǎn)生開(kāi)始和停止的條件。無(wú)論是主機(jī)還是從機(jī)，接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)ACK。

AT24C02的控制字由8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，在開(kāi)始信號(hào)發(fā)出以后，主機(jī)便會(huì)發(fā)出控制字，以選擇從機(jī)并控制總線(xiàn)傳送的方向?？刂谱指魑坏木唧w作用見(jiàn)表1。

由上表可知，控制字的高4位為AT24C02的識(shí)別位，是不能更改的；而第A0，A1，A2片選位，最后是一位是讀寫(xiě)控制位，當(dāng)其為1時(shí)，進(jìn)行的是讀操作，反之將要進(jìn)行的是寫(xiě)操作。

3AT24C02的讀寫(xiě)操作

3。1開(kāi)始位、停止位和確認(rèn)位的編程

總線(xiàn)SCL和SDA一般由上拉電阻拉為高電平，只有在SCL為低電平的周期內(nèi)，SDA引腳上的數(shù)據(jù)才有效。而當(dāng)SCL為高電平期間SDA引腳上產(chǎn)生的電平變化則表示I2C總線(xiàn)工作的“開(kāi)始”或“停止”兩種狀態(tài)：當(dāng)SCL為高平時(shí)，SDA由高電平轉(zhuǎn)向低電平時(shí)表示“開(kāi)始”狀態(tài)，而由低電平轉(zhuǎn)向高電平時(shí)表示“停止”狀態(tài)，其時(shí)序如圖3所示。

由時(shí)序圖可以編寫(xiě)由主機(jī)發(fā)給AT24C02的開(kāi)始信號(hào)和停止信號(hào)的KEILC語(yǔ)言函數(shù)如下：

同時(shí)，AT24C02與主機(jī)進(jìn)行信息交換，還需要另外一個(gè)“確認(rèn)信號(hào)(ACK)”的狀態(tài)。I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送時(shí)，每成功地傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，AT24C02都必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答的器件在第9個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)將SDA線(xiàn)拉低，表示其已收到一個(gè)8位數(shù)據(jù)。AT24C02在接收到起始信號(hào)和與之匹配的地址之后就會(huì)響應(yīng)第一個(gè)應(yīng)答信號(hào)；如果AT24C02被設(shè)置為寫(xiě)操作，則每接收一個(gè)字節(jié)之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)；當(dāng)AT24C02被設(shè)置在讀模式時(shí)，則在發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后會(huì)釋放SDA線(xiàn)，并監(jiān)視主機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的應(yīng)答信號(hào)，一旦接收到應(yīng)答信號(hào)，AT24C02繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如主機(jī)沒(méi)有發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，AT24C02將停止傳送數(shù)據(jù)并等待一個(gè)停止信號(hào)，此時(shí)主機(jī)必須發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)給AT24C02，使其進(jìn)入備用電源模式并使AT24C02處于已知的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，應(yīng)答信號(hào)在AT24C02的讀寫(xiě)工作中經(jīng)常用到，根據(jù)圖4應(yīng)答信號(hào)的時(shí)序圖。

可以編出一個(gè)檢驗(yàn)是否有應(yīng)答信號(hào)送來(lái)的操作函數(shù)如下：

3。2寫(xiě)操作

AT24C02允許有兩種寫(xiě)操作方式：字節(jié)寫(xiě)和頁(yè)寫(xiě)。

3。2。1AT24C02字節(jié)寫(xiě)操作。

其操作時(shí)序如圖5所示。在字節(jié)寫(xiě)模式下，主機(jī)發(fā)送開(kāi)始命令和AT24C02地址信息(“R／W”位置0)給AT24C02，主機(jī)在收到AT24C02產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)后發(fā)送1個(gè)字節(jié)地址寫(xiě)入AT24C02的地址指針。主機(jī)在收到從器件的另一個(gè)應(yīng)答信號(hào)后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲(chǔ)單元。AT24C02再次應(yīng)答，并在主機(jī)產(chǎn)生停止信號(hào)后開(kāi)始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫(xiě)。在內(nèi)部擦寫(xiě)過(guò)程中，AT24C02不再應(yīng)答主機(jī)的任何請(qǐng)求。根據(jù)圖5則可以編寫(xiě)出AT24C02的字節(jié)寫(xiě)操作函數(shù)W1Byte如下：[!--empirenews.page--]

3。2。2AT24C02頁(yè)寫(xiě)操作

AT24C02允許每次寫(xiě)入8個(gè)字節(jié)的頁(yè)寫(xiě)操作模式，頁(yè)寫(xiě)操作和字節(jié)寫(xiě)操作的時(shí)序差不多都相同，不同的是在于傳送了一字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產(chǎn)生停止信號(hào)，主機(jī)被允許再發(fā)送7個(gè)額外的字節(jié)。每發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，AT24C02產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答位。如果在發(fā)送停止信號(hào)之前，主機(jī)發(fā)送超過(guò)8個(gè)字節(jié)，AT24C02內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器將自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，先前寫(xiě)入的數(shù)據(jù)被覆蓋。接收主機(jī)發(fā)送的停止信號(hào)后，AT24C02啟動(dòng)內(nèi)部寫(xiě)周期將數(shù)據(jù)寫(xiě)到數(shù)據(jù)區(qū)。因此，可以編寫(xiě)一個(gè)頁(yè)寫(xiě)操作的函數(shù)如下：

3。3讀操作

AT24C02的讀操作主要有立即地址讀取、隨機(jī)地址讀取和順序地址存取3種。立即地址讀取方式由一個(gè)空字節(jié)序列來(lái)加載數(shù)據(jù)地址，當(dāng)從機(jī)尋址碼和數(shù)據(jù)尋址碼隨鐘輸入，并被確認(rèn)時(shí)，從機(jī)必須產(chǎn)生另一個(gè)開(kāi)始狀態(tài)，通過(guò)發(fā)出一個(gè)確認(rèn)讀取的信號(hào)之后，數(shù)據(jù)便隨時(shí)鐘串行輸出，數(shù)據(jù)的讀取不通過(guò)確認(rèn)狀態(tài)應(yīng)答，而是通過(guò)一個(gè)停止?fàn)顟B(tài)來(lái)應(yīng)答。其他兩種方式基本類(lèi)似，只是不需要產(chǎn)生另一個(gè)開(kāi)始狀態(tài)，而順序地址讀取時(shí)，讀出的是連續(xù)數(shù)據(jù)。讀操作的時(shí)序圖類(lèi)似于圖4的寫(xiě)操作時(shí)序，因此可編出讀一個(gè)字節(jié)的函數(shù)RlByte如下：

當(dāng)然，對(duì)于AT2402的讀取往往不是只一個(gè)字節(jié)，更多的時(shí)候還是想一連幾個(gè)字節(jié)一起讀取，因此，可編出連續(xù)讀取N個(gè)字節(jié)的函數(shù)如下：

4綜合應(yīng)用舉例

以圖6所示硬件電路為例，調(diào)用上面所編寫(xiě)的函數(shù)，將數(shù)據(jù)00H～07H送到AT24C02內(nèi)部首地址為10H的地方存放，并將AT24C02內(nèi)部以20H為首地址的連續(xù)8個(gè)字讀到AT89C51的內(nèi)部RAM20H～27H存放。其主程序如下：

其實(shí)，AT24CXX系列的E2PROM芯片很多，但其編程不盡相同。由于C語(yǔ)言的編程要精準(zhǔn)控制時(shí)間很不容易，因此往往有些工程人員碰到類(lèi)似的I2C硬件結(jié)構(gòu)，大多采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程的方法。經(jīng)過(guò)筆者一番實(shí)踐之后，覺(jué)得上述所編寫(xiě)的函數(shù)幾乎可以用到所有I2C結(jié)構(gòu)的硬件，只需要大家花一點(diǎn)時(shí)間調(diào)試下DELAY函數(shù)的時(shí)間就可以了。