MCS-51单片机总结——No4.存储之AT24C04A

AT24C04A芯片基础知识

当51单片机应用系统需要存放一些在掉电后需要保存的数据时，可以使用E2^{2}2PROM。AT24C04是很常用的E2^{2}2PROM芯片。
AT24C04A是Atmel公司出品的I2^{2}2C总线接口E2^{2}2PROM，有8KB的内部存储空间，采取8字节/页、256页、2个块的分页方式。

AT24C04A的电路简图如上所示，主要有A1、A2、WP、SDA、SCL五个引脚。
SCK：I2^{2}2C总线的时钟引脚；
SDA：I2^{2}2C总线的数据引脚；
A1、A2：地址引脚，用于决定AT24C04A芯片的I2^{2}2C地址；
WP：写保护引脚。当该地址连接到GND时，芯片可以进行正常的读/写操作；当该引脚连接到VCC时，不同的芯片有不同的应用方式。
AT24C04A有自己独立的I2^{2}2C总线地址，其地址结构为“1010+A2、A1+内部页选择位+读写选择位”。当A2、A1均为0时，对AT24C02A的内部页面1进行读操作的地址是0xA1，写操作地址是0xA0。
AT24C04A的操作分为写操作和读操作，写操作包括字节写和页面写两种工作方式；而读操作则分为指定位置读、连续读和当前地址读三种工作方式。

I2^{2}2C总线基本知识

I2^{2}2C的基本结构与主要特点
在单片机系统中，带有I2^{2}2C总线接口的电路现在呗使用得越来越多，主要因为采用I2^{2}2C总线接口的器件连接线和引脚数目少，成本低。且与单片机连接简单，结构紧凑，在总线上增加器件不影响系统正常工作，系统修改和可扩展性好，即使工作时钟不同的器件，也可以直接连接到总线上。
I2^{2}2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线，即可在连接与总线上的器件之间传递信息。
I2^{2}2C总线的特点：

总线只有两根线，即串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA），这在设计中大大减少了硬件接口。
每个连接到总线上的器件都有一个用于识别的器件地址，器件地址由芯片内部硬件电路和外部地址引脚同时决定，避免了片选线的连接方法，并建立了简单的主从关系，每个器件既可以作为发送器件，又可以作为接收器。
同步时钟允许器件以不同的波特率进行通信。
同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手信号。
串行的数据传输位速率在标准模式下可达100kb/s，快速模式下可达400kb/s，高速模式下可达3.4Mb/s。
连接到同一总线的集成电路数只受400pF的最大总线电容的限制。

I2^{2}2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。各种采用I2^{2}2C总线标准的器件均并联在总线上，每个器件内部都有I2^{2}2C接口电路，用于实现I2^{2}2C总线的连接。
每个器件都有唯一的地址，器件两两之间都可以进行信息传送。当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器（也叫主器件），而当其从总线上接收信息时，它又成为接收器（也叫从器件）。在信息传输过程中，主器件发送的信号分为器件地址码、器件单元地址和数据3部分，其中器件地址码用来选择从器件，确定操作的类型（类型为发送信息或者接受信息）；器件单元地址用于选择器件内部的单元；数据是在各器件间传递的信息。处理过程就像打电话一样，只有拨通号码才能进行信息交流。各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
I2^{2}2C信息传送与读写过程
当 I2^{2}2C总线没有进行信息传送时，数据线（SDA）和时钟线（SCL）都为高电平。当主器件向某个器件传送信息时，首先应向总线传递开始信号，然后才能传送信息，当信息传送结束时，应传送结束信号，开始信号和结束信号规定如下：

开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据；
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

开始信号和结束信号之间传递的是信息，信息的字节数没有限制，但每个字节必须为8位，高位在前，低位在后。
数据线SDA上每一位信息状态的改变只能发生在时钟线SCL为低电平期间，因为SCL为高电平期间SDA状态的改变已经被用来表示开始信号和结束信号。
主器件每次传送的信息的第一个字节必须是器件地址码，第二个字节为器件单元地址，用于实现选择所操作的器件的内部单元，从第三个字节开始，为传送的数据。

4bit器件类型码	片选	R/W‾\overline{W}W
D7-D4	D3-D1	D0

高4位为器件类型识别码（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010）；接着三位为片选，同种类型器件最多可接8个，高7位用于选择对应的器件；最后一位为读写位，当为1时进行读操作，表示主器件从高总线上读取信息，为0时进行写操作，表示主器件将传送信息到总线上。
I2^{2}2C总线数据传送时，每传送一个字节数据后，都必须有应答信号。与应答信号相对应的时钟由主器件产生，发送器必须在这一时钟位上释放数据线，使其处于高电平状态，以便接收器在这一位上送出应答信号。从器件在接收到起始信号后，每接收一个地址编码或数据后都会会送一个低电平应答信号，用以表示已收到。主器件收到应答信号后，可根据实际情况做出是否继续传递信号的判断。若未收到低电平应答信号，则判断为从器件出现故障。
当主器件从从器件读取数据时，从器件发送数据，主器件接收数据，主器件接收到数据后，也发送一个低电平应答信号，从器件接收后，继续发送下一个数据，如果主器件没有发送低电平应答信号，而是高电平非应答信号，则从器件结束数据传送，且等待主器件的结束信号，然后结束读操作。

I2^{2}2C的读写操作

从当前地址读

从所选器件的当前地址读，读的字节数不指定，格式如下：

开始信号	控制码（R/W‾\overline{W}W=1）	应答信号	数据1	应答信号	数据2	应答信号	结束信号

从指定单元读

从所选器件的指定地址读，读的字节数不指定，格式如下：

开始信号	控制码（R/W‾\overline{W}W=1）	应答信号	器件地址	应答信号	开始信号	控制码（R/W‾\overline{W}W=1）	应答信号	数据1	应答信号	数据2	应答信号	结束信号

从指定单元写

从所选器件的指定地址写，写的字节数不指定，格式如下：

开始新号	控制码（R/W‾\overline{W}W=1）	应答信号	器件单元地址	应答信号	数据1	应答信号	数据2	应答信号	结束信号

在连续读工作方式的操作过程中，当地址计数器的值超过了器件的最大地址之后会自动溢出，从而覆盖最低地址数据。

实例应用

使用串口控制向AT24C04A中写入并且读出数据。单片机通过串口从PC接收5字节数据，然后将所接收数据写入AT24C04A的指定单元，再将对应单元的数据读出后通过串口发送出去。

#include <AT89X52.h>
#include <intrins.h>#define R24C04ADD 0xA1
#define W24C04ADD 0xA0sbit SDA = P1 ^ 7;                           //数据线
sbit SCL = P1 ^ 6;                         //时钟线
sbit LED = P2 ^ 0;                         //指示灯bit bAck;                                  //应答标志 当bbAck=1是为正确的应答unsigned char wBuff[5];                      //待写入字节缓冲区
unsigned char rBuff[5];                     //读出的字节缓冲区
unsigned char rxCounter = 0;               //接收计数器
unsigned char wrCounter = 0;               //读写计数器
bit rxFlg = 0;                             //接收缓冲标志位void StartI2C();                           //启动函数
void StopI2C();                             //结束函数
void AckI2C();                              //应答函数
void SendByte(unsigned char c);             //字节发送函数
unsigned char RevByte();                    //接收一个字节数据函数
unsigned char WIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char InterAdd,unsigned char WIICData);
//WChipAdd:写器件地址;InterAdd:内部地址;WIICData:待写数据;如写正确则返回0xff，
//否则返回对应错误步骤序号
unsigned char RIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char RChipAdd,unsigned char InterDataAdd);
//WChipAdd:写器件地址;RChipAdd:读器件地址;InterAdd:内部地址;如写正确则返回数据，
//否则返回对应错误步骤序号
//向指定器件的内部指定地址发送一个指定字节
unsigned char WIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char InterAdd,unsigned char WIICData)
{StartI2C();                                //启动总线SendByte(WChipAdd);                       //发送器件地址以及命令if (bAck==1)                          //收到应答{SendByte(InterAdd);                  //发送内部子地址if (bAck ==1){SendByte(WIICData);                //发送数据if(bAck == 1){StopI2C();                    //停止总线return(0xff);}else{return(0x03);}         }else{return(0x02);}}return(0x01);
}
//读取指定器件的内部指定地址一个字节数据
unsigned char RIICByte(unsigned char WChipAdd,unsigned char RChipAdd,unsigned char InterDataAdd)
{unsigned char TempData;    TempData = 0;StartI2C();                               //启动SendByte(WChipAdd);                     //发送器件地址以及读命令if (bAck==1)                         //收到应答{SendByte(InterDataAdd);              //发送内部子地址if (bAck ==1){StartI2C();SendByte(RChipAdd); if(bAck == 1){TempData = RevByte();       //接收数据StopI2C();                  //停止I2C总线return(TempData);           //返回数据}else{return(0x03);}  }else{return(0x02);}}else{return(0x01);}
}
//启动I2C总线，即发送起始条件
void StartI2C()
{SDA = 1;                          //发送起始条件数据信号_nop_();SCL = 1;_nop_();                           //起始建立时间大于4.7us_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SDA = 0;                            //发送起始信号_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCL = 0;                           //时钟操作_nop_();_nop_();
}
//结束I2C总线，即发送I2C结束条件
void StopI2C()
{SDA = 0;                          //发送结束条件的数据信号_nop_();                           //发送结束条件的时钟信号SCL = 1;                          //结束条件建立时间大于4us_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SDA = 1;                            //发送I2C总线结束命令_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
//发送一个字节的数据
void SendByte(unsigned char c)
{unsigned char BitCnt;for(BitCnt = 0;BitCnt < 8;BitCnt++)     //一个字节{if((c << BitCnt)& 0x80) SDA = 1;  //判断发送位else SDA = 0;_nop_();SCL = 1;                  //时钟线为高，通知从机开始接收数据_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCL = 0;}_nop_();_nop_();SDA = 1;                                            //释放数据线，准备接受应答位_nop_();_nop_();SCL = 1;_nop_();_nop_();_nop_();if(SDA == 1) bAck =0;else bAck = 1;                                      //判断是否收到应答信号SCL = 0;_nop_();_nop_();
}
//接收一个字节的数据
unsigned char RevByte()
{unsigned char retc;unsigned char BitCnt;retc = 0;SDA = 1;for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++){_nop_();SCL = 0;                                     //置时钟线为低，准备接收_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();SCL = 1;                                       //置时钟线为高使得数据有效_nop_();_nop_();retc = retc << 1;                              //左移补零if (SDA == 1)retc = retc + 1;                                 //当数据为1则收到的数据+1_nop_();_nop_();}SCL = 0;_nop_();_nop_();return(retc);             //返回收到的数据
}void InitUART(void)
{TMOD = 0x20;              //9600bpsSCON = 0x50;TH1 = 0xFD;TL1 = TH1;PCON = 0x00;EA = 1;ES = 1;TR1 = 1;
}
void Send(unsigned char x)
{SBUF = x;while(TI == 0);TI = 0;
}
void Serial(void) interrupt 4 using 1
{if(RI == 1)              //接收数据{RI = 0;wBuff[rxCounter] = SBUF;rxCounter++;            //计数器++if(rxCounter>4)           //到了第16个字节{rxCounter = 0;      //清除rxFlg = 1;             //接收缓冲标志位置位}}
}main()
{unsigned char temp;InitUART();                         //初始化串口while(1){while(rxFlg == 0);                    //等待接收标志位被置位rxFlg = 0;                         //清除接收标志位                           for(wrCounter=0;wrCounter<5;wrCounter++)   {rBuff[wrCounter] = RIICByte(W24C04ADD,R24C04ADD,(0x01+wrCounter));    //连续读取一字节数据，共16字节Send(rBuff[wrCounter]);           //将数据通过串口发送}for(wrCounter=0;wrCounter<5;wrCounter++){temp = WIICByte(W24C04ADD,(0x01+wrCounter),wBuff[wrCounter]); //      Send(temp); //连续写入16字节数据}}
}