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AT24C02（I2C总线）

news 来源：原创 2025/5/24 6:51:32

目录

1.存储器介绍​编辑

易失性存储器分类：

非易失性存储器分类：

2.存储器简化模型​编辑

3.AT24C02介绍

4.引脚及应用电路

5.内部结构框图​编辑

6.I2C总线介绍

7.I2C电路规范

I^2总线的传递信号理解简图：

8.I2C时序结构

I^2C起始（S，蓝色表示）和终止位置（P，红色表示）

发送一个字节（S：(BYTE)，绿色表示）

接收一个字节（R：(BYTE)，紫色表示）

发送应答（SA，棕色表示）和接收应答（RA，黑色表示）

9.I2C数据帧

发送一帧数据​编辑

接收一帧数据​编辑

先发送再接收数据帧（复合格式）​编辑

10.AT24C02数据帧

11.AT24C02数据存储代码

第一步：

第二步：

第三步：

开始/结束部分

发送一个字节部分

接收一个字节部分

发送/接收应答部分

头文件声明

第四步：

字节写部分

随机读部分

头文件声明

第五步：

第六步：

最终代码：

模块：

I2C.c

I2C.h

AT24C02.c

AT24C02.h

main.c

12.秒表代码(定时器扫描按键数码管)

第一步：

第二步：工程思路

第三步：

第四步：

在main.c中的中断函数内​编辑

Key.c的改动​编辑

Key.h的改动​编辑

第五步：

在main.c显示数码管中的缓存，以实现数码管最开始显示00-00-00​编辑

在main.c中的中断函数​编辑

Nixie.c的改动​编辑

Nixie.h的改动

第六步：

在main.c中实现按键模块和AT24C02模块、I2C模块的结合，这里是实现秒表功能的关键​编辑

在main.c中的秒表驱动函数​编辑

在main.c中的中断函数调用秒表驱动函数​编辑

最终代码：

模块：

Key.c

Key.h

Nixie.c

Nixie.h

main.c

1.存储器介绍

易失性存储器，优点：存储速度快，缺点：掉电丢失

非易失性存储器，优点：掉电不丢失，缺点：存储速度慢

易失性存储器分类：

1.SRAM是这些存储器速度最快的，但是内存小，成本高。应用：单片机，CPU

2.DRAM存储数据是使用电容，因为电容容易漏电，数据就会很快消失，我们要配一个扫描器和他使用，每隔一段时间就扫描一次，给补电，所以叫动态RAM。应用：手机的运行内存

非易失性存储器分类：

（一）Mask ROM、PROM、EPROM、E2PROM可以理解为一个家族的，由前辈到后辈

1.Mask ROM：最早的ROM，是靠电路存储数据的，数据不能更改的，只能读不能写

2.PROM：相较于Mask ROM 可以被写入了，但只能写入一次

3.EPROM：可以写入很多次了，但是要紫外线照射30分钟才擦除数据写入新的编程数据

4.E^2PROM：通电就能擦除，几ms就可以写入新数据。我们的AT24C02就这种。但是，应用不是那么广泛，缺点还是比较明显的，内存小之类的

（二）Flash：应用十分广泛，应用：单片机程序存储器、内存卡、U盘、手机存储内存……

（三）硬盘、软盘、光盘等：电脑内的存储，硬盘（C盘）软盘（A盘、B盘不过被淘汰了），光盘（运用光信号存储）

2.存储器简化模型

大概了解一下存储器的运行原理，实际原理太复杂了。存储器在内部实际是一个网状结构；横线叫地址总线，用于选中内存地址的，给个内存地址译码器会传输地址到地址总线，但一次只能选一行；纵向叫数据总线，数据是在下面出来的；内存存储形式：给第一行给一个高电平1，然后选中自己想要的节点，短路、断路，从数据总线读取数据，以此类推内存数据就存上了；每个节点的电路图如右图

3.AT24C02介绍

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

前面是铺垫知识，正式开始介绍AT24C02，虽然没有其他存储器这么高级，但是对于单片机足够了，还有很便宜

4.引脚及应用电路

5.内部结构框图

不需要完全理解，大概介绍一下。EEPROM就是存储器网格；X DEC是译码器；SERIAL MUX是串行数据将数据传入ACK，然后在传出去；Y DEC是外型译码器，传入数据N；DATA RECOVERY和H.V. PUMP/TIMING是用于擦除数据的；DATA/WORDADDR/COUNTER是地址寄存器；其他的暂时不解释

6.I2C总线介绍

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

两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

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

7.I2C电路规范

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

单片机I/O口只弱上拉模式，是给给1断开开关，给0闭合开关；SCL和SDA配置的开漏模式是，与弱上拉模式相比没有弱上拉电阻，给0开关闭合，给1开关断开，断开后，引脚处于断开（浮空）状态，这个可以解决多级设备连接干扰的问题

I^2总线的传递信号理解简图：

假设放一根杆子，上面接一个弹簧，每个人面前都有一个标尺，拉下来为0，没拉下来为1，通过这种方式，传递信号，每个人都有属于他的编号，当主机通过这跟标尺传递信号时，他们就可以知道是不是在找他们自己。什么是发1发0是由我们的时序结构决定的

8.I2C时序结构

I^2C起始（S，蓝色表示）和终止位置（P，红色表示）

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

发送一个字节（S：(BYTE)，绿色表示）

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

方框为一个位数据的发送

接收一个字节（R：(BYTE)，紫色表示）

接收一个字节：SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

方框为一位数据的接收。紫色的线表示，从机控制总线

发送应答（SA，棕色表示）和接收应答（RA，黑色表示）

发送应答：在接收完一个字节之后，主机在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

接收应答：在发送完一个字节之后，主机在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

可以理解为发送和接收信号的第九位

9.I2C数据帧

S：地址7位（固定的）+1位标志位（决定是发送还是接收）；BYTE是你想要什么数据；开始位+接收地址+读+数据+应答+数据+应答+……（数据+应答）+停止

发送一帧数据

完成任务：向谁发什么

接收一帧数据

完成任务：向谁收什么

先发送再接收数据帧（复合格式）

完成任务：向谁收指定的什么

10.AT24C02数据帧

图2是图1的手册版，图1是图2的一个理解

图1相当于复合格式图的一个变形，这里的每个步骤都对应一个函数

11.AT24C02数据存储代码

第一步：

按键模块、延迟模块、LCD1602液晶屏模块拿进来

第二步：

代码思路：建立两个模块，I2C模块和AT模块，主函数里面只调用AT模块，I2C模块在AT模块调用

I2C模块：开始、结束、发送一个字节、接收一个字节

AT模块：在某个地址写/读

第三步：

I2C位声明（SCL\SDA开始为高电平）：读取时要先释放SDA=1；0为应答，1非应答

开始/结束部分

发送一个字节部分

接收一个字节部分

发送/接收应答部分

头文件声明

注意：I2C发送一个字节，看交流电气特性表，考虑要不要延时，数据信号线和时钟信号线切换时

第四步：

AT模块，主要实现字节写和随机读。SLAVE ADDRESS+W ：从机地址+写；Word Address 要写入字节的地址

字节写部分

随机读部分

头文件声明

AT模块代码是根据下图写，从机地址最后一个框里面（255溢出）

第五步：

主函数调用。因为24C02有一个写周期，最长5ms，所以我们需要在每写入一次数据，就要Delay5ms。读不用，写要Delay。但是，实际的话不用这么久2~3ms就完成

第六步：

按键调用。通过独立按键控制数据的写入和读取

最终代码：

模块：

I2C.c

#include <REGX52.H>sbit I2C_SCL=P2^1;
sbit I2C_SDA=P2^0;/*** @brief  I2C开始* @param  无* @retval 无*/
void I2C_Start(void)
{I2C_SDA=1;I2C_SCL=1;I2C_SDA=0;I2C_SCL=0;
}/*** @brief  I2C停止* @param  无* @retval 无*/
void I2C_Stop(void)
{I2C_SDA=0;I2C_SCL=1;I2C_SDA=1;
}/*** @brief  I2C发送一个字节* @param  Byte 要发送的字节* @retval 无*/
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;}
}/*** @brief  I2C接收一个字节* @param  无* @retval 接收到的一个字节数据*/
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;
}/*** @brief  I2C发送应答* @param  AckBit 应答位，0为应答，1为非应答* @retval 无*/
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{I2C_SDA=AckBit;I2C_SCL=1;I2C_SCL=0;
}/*** @brief  I2C接收应答位* @param  无* @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答*/
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{unsigned char AckBit;I2C_SDA=1;I2C_SCL=1;AckBit=I2C_SDA;I2C_SCL=0;return AckBit;
}

I2C.h

#ifndef __I2C_H__
#define __I2C_H__void I2C_Start(void);
void I2C_Stop(void);
void I2C_SendByte(unsigned char Byte);
unsigned char I2C_ReceiveByte(void);
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit);
unsigned char I2C_ReceiveAck(void);#endif

AT24C02.c

#include <REGX52.H>
#include "I2C.h"#define AT24C02_ADDRESS		0xA0/*** @brief  AT24C02写入一个字节* @param  WordAddress 要写入字节的地址* @param  Data 要写入的数据* @retval 无*/
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();
}/*** @brief  AT24C02读取一个字节* @param  WordAddress 要读出字节的地址* @retval 读出的数据*/
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;
}

AT24C02.h

#ifndef __AT24C02_H__
#define __AT24C02_H__void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data);
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress);#endif

main.c

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Key.h"
#include "AT24C02.h"
#include "Delay.h"unsigned char KeyNum;
unsigned int Num;void main()
{LCD_Init();LCD_ShowNum(1,1,Num,5);while(1){KeyNum=Key();if(KeyNum==1)	//K1按键，Num自增{Num++;LCD_ShowNum(1,1,Num,5);}if(KeyNum==2)	//K2按键，Num自减{Num--;LCD_ShowNum(1,1,Num,5);}if(KeyNum==3)	//K3按键，向AT24C02写入数据{AT24C02_WriteByte(0,Num%256);Delay(5);AT24C02_WriteByte(1,Num/256);Delay(5);LCD_ShowString(2,1,"Write OK");Delay(1000);LCD_ShowString(2,1,"        ");}if(KeyNum==4)	//K4按键，从AT24C02读取数据{Num=AT24C02_ReadByte(0);Num|=AT24C02_ReadByte(1)<<8;LCD_ShowNum(1,1,Num,5);LCD_ShowString(2,1,"Read OK ");Delay(1000);LCD_ShowString(2,1,"        ");}}
}

12.秒表代码(定时器扫描按键数码管)

第一步：

定时器模块、按键模块、数码管模块、延迟模块复制粘贴到这个工程

第二步：工程思路

主函数调用定时器模块、按键模块、数码管模块 。因为按键模块和数码管模块都要定时扫描，因此都需要中断函数，但是，中断函数只能有一个。

所以我们要在主函数里面写入中断函数，然后我们在按键模块和数码管模块里面写一个函数，然后在中断函数里面调用这两个函数

这样就能间接的实现，按键模块和数码管模块两个函数中断函数的使用，主函数的中断函数相当于中介

这是一种编程思维

第三步：

主函数写入中断函数

第四步：

按键模块。把消抖部分删除，定时器扫描按键：不用消抖动，是每隔20ms扫描当前状态并记录，这个状态有三种，按键按下、按键松手、按键抖动。在按键模块，定义一个驱动函数（Key_Loop），每隔20ms被主函数的中断函数调用，函数内判断部分判断按键在弹起的边缘

在main.c中的中断函数内

Key.c的改动

Key.h的改动

第五步：

数码管模块。定义一个驱动函数（NiXxie_Loop），每隔2ms被主函数的中断函数调用。

在main.c显示数码管中的缓存，以实现数码管最开始显示00-00-00

在main.c中的中断函数

Nixie.c的改动

Nixie.h的改动

第六步：

在主函数里面定义一个秒表驱动函数；把AT24C02模块和I2C模块复制粘贴到这个工程；基于前面的按键模块和数码管模块的改动，和秒表驱动函数，还有AT24C02模块和I2C模块的读写功能，实现秒表功能

在main.c中实现按键模块和AT24C02模块、I2C模块的结合，这里是实现秒表功能的关键

在main.c中的秒表驱动函数

在main.c中的中断函数调用秒表驱动函数

最终代码：

模块：

Key.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"unsigned char Key_KeyNumber;/*** @brief  获取按键键码* @param  无* @retval 按下按键的键码，范围：0,1~4,0表示无按键按下*/
unsigned char Key(void)
{unsigned char Temp=0;Temp=Key_KeyNumber;Key_KeyNumber=0;return Temp;
}/*** @brief  获取当前按键的状态，无消抖及松手检测* @param  无* @retval 按下按键的键码，范围：0,1~4,0表示无按键按下*/
unsigned char Key_GetState()
{unsigned char KeyNumber=0;if(P3_1==0){KeyNumber=1;}if(P3_0==0){KeyNumber=2;}if(P3_2==0){KeyNumber=3;}if(P3_3==0){KeyNumber=4;}return KeyNumber;
}/*** @brief  按键驱动函数，在中断中调用* @param  无* @retval 无*/
void Key_Loop(void)
{static unsigned char NowState,LastState;LastState=NowState;				//按键状态更新NowState=Key_GetState();		//获取当前按键状态//如果上个时间点按键按下，这个时间点未按下，则是松手瞬间，以此避免消抖和松手检测if(LastState==1 && NowState==0){Key_KeyNumber=1;}if(LastState==2 && NowState==0){Key_KeyNumber=2;}if(LastState==3 && NowState==0){Key_KeyNumber=3;}if(LastState==4 && NowState==0){Key_KeyNumber=4;}
}

Key.h

#ifndef __KEY_H__
#define __KEY_H__unsigned char Key(void);
void Key_Loop(void);#endif

Nixie.c

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"//数码管显示缓存区
unsigned char Nixie_Buf[9]={0,10,10,10,10,10,10,10,10};//数码管段码表
unsigned char NixieTable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00,0x40};/*** @brief  设置显示缓存区* @param  Location 要设置的位置，范围：1~8* @param  Number 要设置的数字，范围：段码表索引范围* @retval 无*/
void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Number)
{Nixie_Buf[Location]=Number;
}/*** @brief  数码管扫描显示* @param  Location 要显示的位置，范围：1~8* @param  Number 要显示的数字，范围：段码表索引范围* @retval 无*/
void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number)
{P0=0x00;				//段码清0，消影switch(Location)		//位码输出{case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;}P0=NixieTable[Number];	//段码输出
}/*** @brief  数码管驱动函数，在中断中调用* @param  无* @retval 无*/
void Nixie_Loop(void)
{static unsigned char i=1;Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]);i++;if(i>=9){i=1;}
}

Nixie.h

#ifndef __NIXIE_H__
#define __NIXIE_H__void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Number);
void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number);
void Nixie_Loop(void);#endif

main.c

#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "Key.h"
#include "Nixie.h"
#include "Delay.h"
#include "AT24C02.h"unsigned char KeyNum;
unsigned char Min,Sec,MiniSec;
unsigned char RunFlag;void main()
{Timer0_Init();while(1){KeyNum=Key();if(KeyNum==1)			//K1按键按下{RunFlag=!RunFlag;	//启动标志位翻转}if(KeyNum==2)			//K2按键按下{Min=0;				//分秒清0Sec=0;MiniSec=0;}if(KeyNum==3)			//K3按键按下{AT24C02_WriteByte(0,Min);	//将分秒写入AT24C02Delay(5);AT24C02_WriteByte(1,Sec);Delay(5);AT24C02_WriteByte(2,MiniSec);Delay(5);}if(KeyNum==4)			//K4按键按下{Min=AT24C02_ReadByte(0);	//读出AT24C02数据Sec=AT24C02_ReadByte(1);MiniSec=AT24C02_ReadByte(2);}Nixie_SetBuf(1,Min/10);	//设置显示缓存，显示数据Nixie_SetBuf(2,Min%10);Nixie_SetBuf(3,11);Nixie_SetBuf(4,Sec/10);Nixie_SetBuf(5,Sec%10);Nixie_SetBuf(6,11);Nixie_SetBuf(7,MiniSec/10);Nixie_SetBuf(8,MiniSec%10);}
}/*** @brief  秒表驱动函数，在中断中调用* @param  无* @retval 无*/
void Sec_Loop(void)
{if(RunFlag){MiniSec++;if(MiniSec>=100){MiniSec=0;Sec++;if(Sec>=60){Sec=0;Min++;if(Min>=60){Min=0;}}}}
}void Timer0_Routine() interrupt 1
{static unsigned int T0Count1,T0Count2,T0Count3;TL0 = 0x18;		//设置定时初值TH0 = 0xFC;		//设置定时初值T0Count1++;if(T0Count1>=20){T0Count1=0;Key_Loop();	//20ms调用一次按键驱动函数}T0Count2++;if(T0Count2>=2){T0Count2=0;Nixie_Loop();//2ms调用一次数码管驱动函数}T0Count3++;if(T0Count3>=10){T0Count3=0;Sec_Loop();	//10ms调用一次数秒表驱动函数}
}

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