单片机学习之二十：E2PROM芯片24C02的读写程序

一、实验目的：

给24C02的内部RAM写入一组数据，数据从24C02内部RAM的01h开始存放。然后再把这组数据读出来，检验写入和读出是否正确。

在这里我们给24C02中写入0、1、2的段码，然后把它读出来，送到数码管显示。

二、理论知识准备：

上面两个实验主要学习的是利用单片机的串口进行通讯，本实验要介绍的是基于I2C总线的串行通讯方法，下面我们先介绍一下I2C总线的相关理论知识。

（一）、I2C总线概念

I2C总线是一种双向二线制总线，它的结构简单，可靠性和抗干扰性能好。目前很多公司都推出了基于I2C总线的外围器件，例如我们学习板上的24C02芯片，就是一个带有I2C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，方便进行数据的长期保存。

（二）、I2C总线结构

I2C总线结构很简单，只有两条线，包括一条数据线（SDA）和一条串行时钟线（SCL）。具有I2C接口的器件可以通过这两根线接到总线上，进行相互之间的信息传递。连接到总线的器件具有不同的地址，CPU根据不同的地址进行识别，从而实现对硬件系统简单灵活的控制。

一个典型的I2C总线应用系统的组成结构如下图所示（假设图中的微控制器、LCD驱动、E2PROM、ADC各器件都是具有I2C总线接口的器件）：

我们知道单片机串行通讯的发送和接收一般都各用一条线TXD和RXD，而I2C总线的数据线既可以发送也可以接受，工作方式可以通过软件设置。所以，I2C总线结构的硬件结构非常简洁。

当某器件向总线上发送信息时，它就是发送器，而当其从总线上接收信息时，又成为接收器。

（三）、I2C总线上的数据传送

下面我们看看I2C总线是如何进行数据传送的。我们知道，在一根数据线上传送数据时必须一位一位的进行，所以我们首先研究位传送。

1、位传输

I2C总线每传送一位数据必须有一个时钟脉冲。被传送的数据在时钟SCL的高电平期间保持稳定，只有在SCL低电平期间才能够改变，示意图如下图所示，在标准模式下，高低电平宽度必须不小于4.7us。

那么是不是所有I2C总线中的信号都必须符合上述的有效性呢？只有两个例外，就是开始和停止信号。

开始信号：当SCL为高电平时，SDA发生从高到低的跳变，就定义为开始信号。

停止信号：当SCL为高电平时，SDA发生从低到高的跳变，就定义为结束信号。

开始和结束信号的时序图如下图所示：

2、数据传输的字节格式

SDA传送数据是以字节为单位进行的。每个字节必须是8位，但是传输的字节数量不受限制，首先传送的是数据的最高位。每次传送一个字节完毕，必须接收到从机发出的一个应答位，才能开始下一个字节的传输。如果没有接受到应答位，主机则产生一个停止条件结束本次的传送。那么从机应该发出什么信号算是产生了应答呢？这个过程是这样的。当主器件传送一个字节后，在第9个SCL时钟内置高SDA线，而从器件的响应信号将SDA拉低，从而给出一个应答位。

好啦，了解了I2C传输数据的格式，现在来研究双方传送的协议问题。

3、 I2C数据传输协议

I2C总线的数据传输协议如下：

（1）、主器件发出开始信号

（2）、主器件发出第一个字节，用来选通相应的从器件。其中前7位为地址码，第8位为方向位(R/W)。方向位为“0”表示发送，方向位为“1”表示接受。

（3）、从机产生应答信号，进入下一个传送周期，如果从器件没有给出应答信号，此时主器件产生一个结束信号使得传送结束，传送数据无效。

（4）、接下来主、从器件正式进行数据的传送，这时在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位（传送的时候先送高位，再送低位）。当一个字节传送完毕时，再发送一个应答位（第9位），如上一条所述，这样每次传送一个字节都需要9个时钟脉冲。数据的传送过程如下图所示：

（四）、24C02芯片相关介绍

AT24C02是带有I2C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆的功能，并且可以象普通RAM一样用程序改写。它的容量是256个字节（00h～0ffh），有A2、A1、A0三位地址，可见I2C总线上可以连接8片AT24C02，它的寻址字节是1010 A2A1A0 R/W。板上面24C02的电路连接如图所示：

我们对引脚的功能作一个简单的解释：

VCC，GND：电源、地引脚

A2A1A0：地址引脚

SCLK、SDA：通信引脚

WP：写保护引脚

从上面的电路连接知：A2A1A0=000，可见如果要对24C02进行写操作，寻址字节是1010 000 0；如果对24C02进行读操作，寻址字节是1010 000 1。用单片机的P1.6脚作为串行时钟线，用P1.7脚作串行数据线。

（五）、程序分析

写过程：

（1）、主机首先发出开始信号

（2）、发出写24C02的寻址字节1010 000 0，即0A0H

（3）、发数据写入24C02的地址，本例中为01H

（4）、往24C02中写入数据，这里是3个字节，分别为48h，0ebh，52h。

（5）、写完毕发出停止信号

读过程：

（1）、主机发出start信号

（2）、发写24C02的寻址字节1010 000 0

（大家可能要问：我们是读数据，为什么要发写信号呢？这是因为你首先要送出一个信号，说明从24C02中的哪个地址读取数据。）

（3）、发要读取的数据在24C02中的地址，即01h

（4）、主机发start信号

（5）、发读24C02的寻址字节1010 000 1

（5）、从24 C02中读取数据

（6）、读取完毕发出停止信号

在这个程序中，我们把开始信号，结束信号、写一个字节数据、读一个字节数据都编制成为通用的子程序，便于在程序中随时调用。发送和接受应答位的过程放到子程序中，这样可以使得程序结构简化。具体的程序如下所示，希望大家认真理解。

三、实验程序

Org 0000h

I2cdata equ 30h ;发送数据缓冲区的首址

2402data equ 01h ;接受缓冲区首址

numdata equ 03h ;传送的字节数，传送3个字节

Sda bit p1.7

Scl bit p1.6

Ajmp main

Main: Lcall init ;初始化给30h，31h，32h中存入0，1，2的段码

Mainwr: Lcall start ;启动

Mov r7,#0a0h

Lcall send ;发送写24C02的寻址字节

Mov r7,#2402data

Lcall send ;发送数据存入24C02的地址

Mov r5,#Numdata ;欲发送的字节数

Mov r0,#i2cdata ;发送缓冲区的首址

wrloop: Mov a,@r0

Mov r7,a

Inc r0

Lcall send

Djnz r5, wrloop ;把3个字节的数据发送出去

lcall stop ;停止

lcall d1s

mov r5,#Numdata ; 要读取的字节数重新赋值

Mainre: lcall start ;启动

Mov r7,#0a0h

Lcall send ;发送写24C02的寻址字节

Mov r7,#2402data

Lcall send ;发接受缓冲区首址

Lcall start ; 再次启动

Mov r7,#0a1h

Lcall send ;发送读24C02的寻址字节

Reloop: Lcall read ;调用读取一个字节数据的子程序

mov p0,r7 ;把读进来的数送到p0口显示

lcall d1s

lcall d1s

Djnz r5,reloop

Lcall stop ;3字节读取完毕发出停止信号

Ajmp $

init: mov p2,#0ffh ;初始化，30h、31h、32h中存入0、1、2的段码

mov 30h,#48h

mov 31h,#0ebh

mov 32h,#52h

ret

start: setb sda ;启动信号子程序，大家可以参考开始信号的时序图

setb scl

lcall d5u

clr sda

lcall d5u

clr scl

ret

stop: clr sda ;停止信号子程序

setb scl

lcall d5u

setb sda

lcall d5u

clr sda

clr scl

ret

;send是发送一个字节子程序

send: mov r6,#08h

mov a,r7 ;要发送的数在r7中

sendlop1 : rlc a ;左环移，把A的最高位移入cy

mov sda,c ;把cy的值通过sda发送出去

setb scl ;在scl上产生一个时钟

lcall d5u

clr scl

djnz r6, sendlop1 ;重复8次，发送一个字节

;cack是检查应答信号的子程序

cack: setb sda ;主机首先拉高sda

setb scl ;发出一个时钟

lcall d5u

sendlop2:mov c,sda ;读入sda的状态，如果是0表示接受到了应答

jc sendlop2

clr scl ;接受到应答位，结束时钟

ret

read: mov r6,#08h ;读取一个字节子程序

readlop1: setb sda ;置sda为输入方式

setb scl ;发出一个时钟

lcall d5u

mov c,sda ;读入sda状态

rlc a ;把该位的状态移入A中

clr scl ;结束时钟

djnz r6,readlop1 ;重复8次，读入一个字节

mov r7,a ;读进来的数放在r7中

;sack是发送应答位子程序

sack: clr sda ;拉低sda线

setb scl ;发出时钟信号

lcall d5u

clr scl

setb sda

ret

d5u: nop ;延时5us子程序

nop

nop

nop

nop

ret

d1s: mov r1,#100 ;延时1s子程序

del1: mov r4,#20

del2: mov r3,#0ffh

del3: djnz r3,del3

djnz r4,del2

djnz r1,del1

ret

end

大家把这个程序下载到测试板上面，发现数码管依次显示数字0、1、2