單片機學習之二十：E2PROM芯片24C02的讀寫程序

一、實驗目的：

給24C02的內(nèi)部RAM寫入一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從24C02內(nèi)部RAM的01h開始存放。然后再把這組數(shù)據(jù)讀出來，檢驗寫入和讀出是否正確。

在這里我們給24C02中寫入0、1、2的段碼，然后把它讀出來，送到數(shù)碼管顯示。

二、理論知識準備：

上面兩個實驗主要學習的是利用單片機的串口進行通訊，本實驗要介紹的是基于I2C總線的串行通訊方法，下面我們先介紹一下I2C總線的相關理論知識。

（一）、I2C總線概念

I2C總線是一種雙向二線制總線，它的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性和抗干擾性能好。目前很多公司都推出了基于I2C總線的外圍器件，例如我們學習板上的24C02芯片，就是一個帶有I2C總線接口的E2PROM存儲器，具有掉電記憶的功能，方便進行數(shù)據(jù)的長期保存。

（二）、I2C總線結(jié)構(gòu)

I2C總線結(jié)構(gòu)很簡單，只有兩條線，包括一條數(shù)據(jù)線（SDA）和一條串行時鐘線（SCL）。具有I2C接口的器件可以通過這兩根線接到總線上，進行相互之間的信息傳遞。連接到總線的器件具有不同的地址，CPU根據(jù)不同的地址進行識別，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)簡單靈活的控制。

一個典型的I2C總線應用系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下圖所示（假設圖中的微控制器、LCD驅(qū)動、E2PROM、ADC各器件都是具有I2C總線接口的器件）：

我們知道單片機串行通訊的發(fā)送和接收一般都各用一條線TXD和RXD，而I2C總線的數(shù)據(jù)線既可以發(fā)送也可以接受，工作方式可以通過軟件設置。所以，I2C總線結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)非常簡潔。

當某器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器，而當其從總線上接收信息時，又成為接收器。

（三）、I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送

下面我們看看I2C總線是如何進行數(shù)據(jù)傳送的。我們知道，在一根數(shù)據(jù)線上傳送數(shù)據(jù)時必須一位一位的進行，所以我們首先研究位傳送。

1、位傳輸

I2C總線每傳送一位數(shù)據(jù)必須有一個時鐘脈沖。被傳送的數(shù)據(jù)在時鐘SCL的高電平期間保持穩(wěn)定，只有在SCL低電平期間才能夠改變，示意圖如下圖所示，在標準模式下，高低電平寬度必須不小于4.7us。

那么是不是所有I2C總線中的信號都必須符合上述的有效性呢？只有兩個例外，就是開始和停止信號。

開始信號：當SCL為高電平時，SDA發(fā)生從高到低的跳變，就定義為開始信號。

停止信號：當SCL為高電平時，SDA發(fā)生從低到高的跳變，就定義為結(jié)束信號。

開始和結(jié)束信號的時序圖如下圖所示：

2、數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)格式

SDA傳送數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位進行的。每個字節(jié)必須是8位，但是傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)量不受限制，首先傳送的是數(shù)據(jù)的最高位。每次傳送一個字節(jié)完畢，必須接收到從機發(fā)出的一個應答位，才能開始下一個字節(jié)的傳輸。如果沒有接受到應答位，主機則產(chǎn)生一個停止條件結(jié)束本次的傳送。那么從機應該發(fā)出什么信號算是產(chǎn)生了應答呢？這個過程是這樣的。當主器件傳送一個字節(jié)后，在第9個SCL時鐘內(nèi)置高SDA線，而從器件的響應信號將SDA拉低，從而給出一個應答位。

好啦，了解了I2C傳輸數(shù)據(jù)的格式，現(xiàn)在來研究雙方傳送的協(xié)議問題。

3、 I2C數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議如下：

（1）、主器件發(fā)出開始信號

（2）、主器件發(fā)出第一個字節(jié)，用來選通相應的從器件。其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，方向位為“1”表示接受。

（3）、從機產(chǎn)生應答信號，進入下一個傳送周期，如果從器件沒有給出應答信號，此時主器件產(chǎn)生一個結(jié)束信號使得傳送結(jié)束，傳送數(shù)據(jù)無效。

（4）、接下來主、從器件正式進行數(shù)據(jù)的傳送，這時在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個字節(jié)必須為8位（傳送的時候先送高位，再送低位）。當一個字節(jié)傳送完畢時，再發(fā)送一個應答位（第9位），如上一條所述，這樣每次傳送一個字節(jié)都需要9個時鐘脈沖。數(shù)據(jù)的傳送過程如下圖所示：

（四）、24C02芯片相關介紹

AT24C02是帶有I2C總線接口的E2PROM存儲器，具有掉電記憶的功能，并且可以象普通RAM一樣用程序改寫。它的容量是256個字節(jié)（00h～0ffh），有A2、A1、A0三位地址，可見I2C總線上可以連接8片AT24C02，它的尋址字節(jié)是1010 A2A1A0 R/W。板上面24C02的電路連接如圖所示：

我們對引腳的功能作一個簡單的解釋：

VCC，GND：電源、地引腳

A2A1A0：地址引腳

SCLK、SDA：通信引腳

WP：寫保護引腳

從上面的電路連接知：A2A1A0=000，可見如果要對24C02進行寫操作，尋址字節(jié)是1010 000 0；如果對24C02進行讀操作，尋址字節(jié)是1010 000 1。用單片機的P1.6腳作為串行時鐘線，用P1.7腳作串行數(shù)據(jù)線。

（五）、程序分析

寫過程：

（1）、主機首先發(fā)出開始信號

（2）、發(fā)出寫24C02的尋址字節(jié)1010 000 0，即0A0H

（3）、發(fā)數(shù)據(jù)寫入24C02的地址，本例中為01H

（4）、往24C02中寫入數(shù)據(jù)，這里是3個字節(jié)，分別為48h，0ebh，52h。

（5）、寫完畢發(fā)出停止信號

讀過程：

（1）、主機發(fā)出start信號

（2）、發(fā)寫24C02的尋址字節(jié)1010 000 0

（大家可能要問：我們是讀數(shù)據(jù)，為什么要發(fā)寫信號呢？這是因為你首先要送出一個信號，說明從24C02中的哪個地址讀取數(shù)據(jù)。）

（3）、發(fā)要讀取的數(shù)據(jù)在24C02中的地址，即01h

（4）、主機發(fā)start信號

（5）、發(fā)讀24C02的尋址字節(jié)1010 000 1

（5）、從24 C02中讀取數(shù)據(jù)

（6）、讀取完畢發(fā)出停止信號

在這個程序中，我們把開始信號，結(jié)束信號、寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)、讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)都編制成為通用的子程序，便于在程序中隨時調(diào)用。發(fā)送和接受應答位的過程放到子程序中，這樣可以使得程序結(jié)構(gòu)簡化。具體的程序如下所示，希望大家認真理解。

三、實驗程序

Org 0000h

I2cdata equ 30h ;發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首址

2402data equ 01h ;接受緩沖區(qū)首址

numdata equ 03h ;傳送的字節(jié)數(shù)，傳送3個字節(jié)

Sda bit p1.7

Scl bit p1.6

Ajmp main

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

Mainwr: Lcall start ;啟動

Mov r7,#0a0h

Lcall send ;發(fā)送寫24C02的尋址字節(jié)

Mov r7,#2402data

Lcall send ;發(fā)送數(shù)據(jù)存入24C02的地址

Mov r5,#Numdata ;欲發(fā)送的字節(jié)數(shù)

Mov r0,#i2cdata ;發(fā)送緩沖區(qū)的首址

wrloop: Mov a,@r0

Mov r7,a

Inc r0

Lcall send

Djnz r5, wrloop ;把3個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去

lcall stop ;停止

lcall d1s

mov r5,#Numdata ; 要讀取的字節(jié)數(shù)重新賦值

Mainre: lcall start ;啟動

Mov r7,#0a0h

Lcall send ;發(fā)送寫24C02的尋址字節(jié)

Mov r7,#2402data

Lcall send ;發(fā)接受緩沖區(qū)首址

Lcall start ; 再次啟動

Mov r7,#0a1h

Lcall send ;發(fā)送讀24C02的尋址字節(jié)

Reloop: Lcall read ;調(diào)用讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)的子程序

mov p0,r7 ;把讀進來的數(shù)送到p0口顯示

lcall d1s

lcall d1s

Djnz r5,reloop

Lcall stop ;3字節(jié)讀取完畢發(fā)出停止信號

Ajmp $

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

mov 30h,#48h

mov 31h,#0ebh

mov 32h,#52h

ret

start: setb sda ;啟動信號子程序，大家可以參考開始信號的時序圖

setb scl

lcall d5u

clr sda

lcall d5u

clr scl

ret

stop: clr sda ;停止信號子程序

setb scl

lcall d5u

setb sda

lcall d5u

clr sda

clr scl

ret

;send是發(fā)送一個字節(jié)子程序

send: mov r6,#08h

mov a,r7 ;要發(fā)送的數(shù)在r7中

sendlop1 : rlc a ;左環(huán)移，把A的最高位移入cy

mov sda,c ;把cy的值通過sda發(fā)送出去

setb scl ;在scl上產(chǎn)生一個時鐘

lcall d5u

clr scl

djnz r6, sendlop1 ;重復8次，發(fā)送一個字節(jié)

;cack是檢查應答信號的子程序

cack: setb sda ;主機首先拉高sda

setb scl ;發(fā)出一個時鐘

lcall d5u

sendlop2:mov c,sda ;讀入sda的狀態(tài)，如果是0表示接受到了應答

jc sendlop2

clr scl ;接受到應答位，結(jié)束時鐘

ret

read: mov r6,#08h ;讀取一個字節(jié)子程序

readlop1: setb sda ;置sda為輸入方式

setb scl ;發(fā)出一個時鐘

lcall d5u

mov c,sda ;讀入sda狀態(tài)

rlc a ;把該位的狀態(tài)移入A中

clr scl ;結(jié)束時鐘

djnz r6,readlop1 ;重復8次，讀入一個字節(jié)

mov r7,a ;讀進來的數(shù)放在r7中

;sack是發(fā)送應答位子程序

sack: clr sda ;拉低sda線

setb scl ;發(fā)出時鐘信號

lcall d5u

clr scl

setb sda

ret

d5u: nop ;延時5us子程序

nop

nop

nop

nop

ret

d1s: mov r1,#100 ;延時1s子程序

del1: mov r4,#20

del2: mov r3,#0ffh

del3: djnz r3,del3

djnz r4,del2

djnz r1,del1

ret

end

大家把這個程序下載到測試板上面，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管依次顯示數(shù)字0、1、2