【朱老师课程总结 侵删】
本节课我们来学习如何使用 51 单片机的 IO 口模拟 I2C 时序，并实现与 AT24C02（EEPROM）之间的双向通信。
第一部分、章节目录
第二部分、章节介绍
1.15.1.EEPROM及其背景知识
本节围绕EEPROM讲述其相关概念，重点是单片机系统中的存储器和I2C接口。
1.15.2.原理图和数据手册1
本节先简单分析原理图和接线，然后重点围绕AT24C02的数据手册进行带读。
1.15.3.原理图和数据手册2
本节主要讲述I2C协议的关键概念，以及数据手册中和I2C协议有关的部分。
1.15.4.I2C低层时序图和程序1
本节主要分析官方例程中的底层时序部分代码，并且结合数据手册中的时序图来对照分析
1.15.5.EEPROM读写测试1
本节讲述EEPROM的上层读写时序，重点是I2C从地址的确定原则和寄存器设置。
1.15.6.EEPROM读写测试2
本节接着分析EEPROM的上层读写时序，重点是数据手册中的上层时序图。
第三部分、随堂记录
1.15.1.EEPROM及其背景知识
1.15.1.1、EEPROM
(1)一些概念：
- ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、PROM（可编程ROM）、EPROM（可擦除ROM）、EEPROM（电可擦除ROM）
踩链接简单了解下吧！
(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。有时候我们有一些数据要存在系统中，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。这时候系统中就需要一块EEPROM
(3)EEPROM和flash的区别与联系
- flash属于广义的EEPROM，因为它也是电擦除的rom。但是为了区别于一般的按字节为单位的擦写的EEPROM，我们都叫它flash。
flash做的改进就是擦除时不再以字节为单位，而是以块为单位，一次简化了电路，数据密度更高，降低了成本。上M的ROM一般都是flash。
(4)EEPROM存在系统中的2种形式：内置在单片机内部，外部扩展
1.15.1.2、EEPROM如何编程
- I2C接口底层时序
- 器件定义的寄存器读写时序
1.15.2.原理图和数据手册1
1.15.2.1、原理图和接线确定
(1)关键性引脚定义及其接法
SCL 时钟线，传输 CLK 信号。
SDA 数据线，传输通信数据
WE 写保护使能信号
(2)接线
P2.0接SCL
P2.1接SDA
WE接GND
1.15.2.2、AT24C02数据手册浏览
(1)芯片信息
- 描述
- 特点
- 框图
- 引脚说明
(2)I2C基本信息
- 详细操作说明
- I2C手册-突出特征
- 主器件、从器件、发送器、接收器
- 器件寻址(区分从设备)
(3)I2C低层时序
- 起始信号：SCL高电平，SDA下降沿
- 停止信号：SCL高电平，SDA上升沿
- 发送字节：开始之后，主设备广播式，先发送从地址，然后发有效数据，最后是停止
- 读取字节：开始之后，从设备先发送自己的地址，然后把数据放总线就行，最后停止
- 重复起始条件：和起始条件相似，重复起始条件发生在停止条件之前。主机想继续给从机发送消息时，一个字节传输完成后可以发送重复起始条件，而不是产生停止条件。
(4)I2C总结
- 主CPU和其附属芯片之间最常用的接口，尤其是各种传感器，物联网时代非常重要;
- 三根线：GND、SCL、SDA，串行、电平式;
- 总线式结构，可以一对多，总线上可以挂上百个器件，用从地址来区分;
- 主从式，由主设备来发起通信及总线仲裁，从设备被动响应;
- 同一时刻，只能有一个从设备和主设备通信，其他从设备处于“冬眠”状态;
- 通信速率一般（kbps级别），不适合语音、视频等信息类型;
- 器件地址信息的LSB为读/写操作选择位,高为读操作,低为写操作;
- 数据传输是大端传输，也就是先传输高位；
- 数据传输是以字节为单位，而且可以发送连续多个字节；
- 开始和停止条件由主设备控制，接收和应答分别由接收器和发送器执行。
1.15.4.I2C低层时序图和程序
官方示例程序：\步骤3 51例程\16、EEPROM(24C02)\数码管显示EEPROM\程序
程序下载链接
1.15.4.1、起始信号和结束信号
(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）
(3)总线空闲： 如果一个设备的SCL和SDA保持高电平，代表该设备在空闲中
- 看代码
1.15.4.2、位传输
每个时钟脉冲传送一位数据。SCL为高时SDA必须保持稳定，因为此时SDA的改变被认为是起始/结束信号。如下：
参考资料
1.15.4.3、I2C发送一个字节
(1) 应答位处理(接收方—>发送方)
- 每个字节后必须跟一个响应位（ACK）。
(2) I2C发送一个字节时，都是从高位开始的(单片机—>接收方)
- 以传输 Byte：1010 1010 (0xAAh)为例，SDA SCL 传输时序如下所示：
如上图可知，从设备拉低SDA表示应答，并在应答脉冲期间保持稳定的低电平！
- 看代码
1.15.4.4、I2C接收一个字节(接收方—>单片机)
（1）概念:释放总线。
- 在51单片机中，SDA=1就是释放总线；在其他更高级的单片机（譬如STM32等）这里的处理还会有点不一样。
- 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这个引脚拉高或者拉低；但是当51单片机把这个引脚拉低（接地）后，从设备再也没办法把这个引脚拉高了。
1.15.5.EEPROM读写测试1
1.15.5.1、24C02读写高层时序(STC51–>AT24C02)
高层时序就是利用低层时序去完成和芯片之间的通信，精确到24C02手册
（1）写操作
- 字地址就是写入内存地址
- 看代码
（2）读操作
-
用的随机读
-
看手册、看代码
(3)大致的读写操作明白了，但是地址怎么来的呢？
- 器件地址
是由从器件自身定义的，不同的从器件的地址定义方式是不同的，硬件定义，要查具体的芯片数据手册来确定。
通过分析原理图和24C02的地址定义，可以得出：
读地址：1010 0001 (0xA1)
写地址：1010 0000 (0xA0)
最多可以连接多少片AT24C02呢？
- 字节地址(EEPROM内存地址)
画的比较丑，为了便于理解，大家还是看黑板吧！
1.15.6.EEPROM读写测试2
给EEPROM发送一个字节的数据，把它们写在EEPROM特定内存下;
然后读取EEPROM的数据之后，通过串口打印出来。
1.15.6.1、工程建立与文件导入
- 直接使用官方示例程序的i2c.h和i2c.c
1.15.6.2、加入串口输出代码
- 直接使用之前写好的串口文件：serial.c和serial.h
1.15.6.3、测试EEPROM
- 发送数据–接收数据–向串口打印
1.15.6.4、程序问题解决
读出内容不对，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。
附上最终的程序代码：
//main.c
#include "serial.h"
#include "i2c.h"
/*******************************************************************************
一、接线
P2.0--SCL、P2.1--SDA
设置在i2c.h
二、程序功能
给EEPROM发送一个字节的数据，把它们写在EEPROM特定内存下;
然后读取EEPROM的数据之后，通过串口打印出来。
*******************************************************************************/
void At24c02Write(unsigned char ,unsigned char );
unsigned char At24c02Read(unsigned char );
void delay20ms(void) //误差 -0.000000000005us
{
unsigned char a,b,c;
for(c=1;c>0;c--)
for(b=222;b>0;b--)
for(a=40;a>0;a--);
}
void main(void)
{
//变量声明
u8 src_data[] = "12345678"; //要发送的数据
u8 buf[8];//接收数据的buf
u8 addr = 0; //特定的地址
u8 i = 0;
//串口初始化
uart_init();
//发送数据
for(i = 0;i<8;i++)
{
At24c02Write(addr,src_data[i]);
delay20ms();
addr++;
}
//接收数据
addr = 0;
for(i = 0;i<8;i++)
{
buf[i] = At24c02Read(addr);
delay20ms();
addr++;
}
//向串口打印
for(i = 0;i<8;i++)
{
uart_send_byte(buf[i]);
}
while(1);
}
void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
I2C_Start();
I2C_SendByte(0xa0, 1);//发送写器件地址
I2C_SendByte(addr, 1);//发送要写入内存地址
I2C_SendByte(dat, 0); //发送数据
I2C_Stop();
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
* 函数功能 : 读取24c02的一个地址的一个数据
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
{
unsigned char num;
I2C_Start();
I2C_SendByte(0xa0, 1); //发送写器件地址
I2C_SendByte(addr, 1); //发送要读取的字地址
I2C_Start();
I2C_SendByte(0xa1, 1); //发送读器件地址
num = I2C_ReadByte(); //读取数据
I2C_Stop();
return num;
}
本节课程序下载链接：I2C
本节课结束！