AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬(2.5～5.5 V)、擦寫次數(shù)多(大于10 000次)、寫入速度快(小于10 ms)、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。

1 AT24C02的引腳功能

AT24C02引腳如圖1所示。

他的的1、2、3腳是3根地址線，用于確定芯片的硬件地址。第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入／輸出，數(shù)據(jù)通過這根雙向I2C總線串行傳送。第6腳SCL為串行時鐘，SDA和SCL為漏極開路端，在實際的應(yīng)用當(dāng)中都需要和正電源間各接一個5.1 kΩ的電阻上拉。第7腳為WP寫保護端，接地時允許芯片執(zhí)行一般的讀寫操作；接正電源時只允許對器件進行讀操作。

2 AT24C02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2為AT24C02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

啟動、停止邏輯單元 接收數(shù)據(jù)引腳SDA上的電平信號，判斷是否進行啟動和停止操作串行控制邏輯單元 根據(jù)SCL，SDA電平信號以及“啟動、停止邏輯”部件發(fā)出的各種信號進行區(qū)分，并排列出有關(guān)的“尋址”、“讀數(shù)據(jù)”和“寫數(shù)據(jù)”等邏輯，將他們傳送到相應(yīng)的操作單元。例如：當(dāng)操作命令為“尋址”時候，他將通知地址計數(shù)器加1，并啟動“地址比較”器進行工作。在“讀數(shù)據(jù)”時，他控制“Dout／確認(rèn)邏輯”單元；在“寫數(shù)據(jù)”時候，他控制“高壓泵／定時”電路，以便向E2PROM電路提供編程所需要的高電壓。

地址／計數(shù)器單元 產(chǎn)生訪問E2PROM所需要的存儲單元的地址，并將其分別送到X譯碼器進行字選，送到Y(jié)譯碼器進行位選。

高壓泵／定時單元 由于E2PROM數(shù)據(jù)寫入時候需要向電路施加編程高電壓，為了解決單一電源電壓的供電問題，芯片生產(chǎn)廠家采用了電壓的片內(nèi)提升電路。電壓的提升范圍一般可以達12～21.5 V。

Dout／確認(rèn)邏輯單元 地址和數(shù)據(jù)均以8位二進制碼串行輸入／輸出。數(shù)據(jù)傳送時，每成功傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個應(yīng)答信號。在第9個時鐘周期時將SDA線置于低電壓作為應(yīng)答信號。

AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，操作可寫入多達8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過SDA(串行數(shù)據(jù)線)及SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。 AT24C02正是運用了I2C規(guī)程，使用主／從機雙向通信，主機(通常為單片機)和從機(AT24C02)均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號(通過SCL引腳)并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節(jié)后必須發(fā)出一個確認(rèn)信號ACK。

AT24C02的控制字由8位二進制數(shù)構(gòu)成，在開始信號發(fā)出以后，主機便會發(fā)出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向?？刂谱指魑坏木唧w作用見表1。

由上表可知，控制字的高4位為AT24C02的識別位，是不能更改的；而第A0，A1，A2片選位，是一位是讀寫控制位，當(dāng)其為1時，進行的是讀操作，反之將要進行的是寫操作。

3 AT24C02的讀寫操作

3.1 開始位、停止位和確認(rèn)位的編程

總線SCL和SDA一般由上拉電阻拉為高電平，只有在SCL為低電平的周期內(nèi)，SDA引腳上的數(shù)據(jù)才有效。而當(dāng)SCL為高電平期間SDA引腳上產(chǎn)生的電平變化則表示I2C總線工作的“開始”或“停止”兩種狀態(tài)：當(dāng)SCL為高平時，SDA由高電平轉(zhuǎn)向低電平時表示“開始”狀態(tài)，而由低電平轉(zhuǎn)向高電平時表示“停止”狀態(tài)，其時序如圖3所示。

由時序圖可以編寫由主機發(fā)給AT24C02的開始信號和停止信號的KEIL C語言函數(shù)如下：

同時，AT24C02與主機進行信息交換，還需要另外一個“確認(rèn)信號(ACK)”的狀態(tài)。I2C總線數(shù)據(jù)傳送時，每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，AT24C02都必須產(chǎn)生一個應(yīng)答信號，應(yīng)答的器件在第9個時鐘周期時將SDA線拉低，表示其已收到一個8位數(shù)據(jù)。AT24C02在接收到起始信號和與之匹配的地址之后就會響應(yīng)個應(yīng)答信號；如果AT24C02被設(shè)置為寫操作，則每接收一個字節(jié)之后響應(yīng)一個應(yīng)答信號；當(dāng)AT24C02被設(shè)置在讀模式時，則在發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后會釋放SDA線，并監(jiān)視主機發(fā)過來的應(yīng)答信號，一旦接收到應(yīng)答信號，AT24C02繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如主機沒有發(fā)送應(yīng)答信號，AT24C02將停止傳送數(shù)據(jù)并等待一個停止信號，此時主機必須發(fā)送一個停止信號給AT24C02，使其進入備用電源模式并使AT24C02處于已知的狀態(tài)。由此可見，應(yīng)答信號在AT24C02的讀寫工作中經(jīng)常用到，根據(jù)圖4應(yīng)答信號的時序圖。

可以編出一個檢驗是否有應(yīng)答信號送來的操作函數(shù)如下：

3.2 寫操作

AT24C02允許有兩種寫操作方式：字節(jié)寫和頁寫。

3.2.1 AT24C02字節(jié)寫操作。

其操作時序如圖5所示。在字節(jié)寫模式下，主機發(fā)送開始命令和AT24C02地址信息(“R／W”位置0)給AT24C02，主機在收到AT24C02產(chǎn)生應(yīng)答信號后發(fā)送1個字節(jié)地址寫入AT24C02的地址指針。主機在收到從器件的另一個應(yīng)答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元。AT24C02再次應(yīng)答，并在主機產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫。在內(nèi)部擦寫過程中，AT24C02不再應(yīng)答主機的任何請求。根據(jù)圖5則可以編寫出AT24C02的字節(jié)寫操作函數(shù)W1Byte如下：

3.2.2 AT24C02頁寫操作

AT24C02允許每次寫入8個字節(jié)的頁寫操作模式，頁寫操作和字節(jié)寫操作的時序差不多都相同，不同的是在于傳送了一字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產(chǎn)生停止信號，主機被允許再發(fā)送7個額外的字節(jié)。每發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，AT24C02產(chǎn)生一個應(yīng)答位。如果在發(fā)送停止信號之前，主機發(fā)送超過8個字節(jié)，AT24C02內(nèi)部地址計數(shù)器將自動翻轉(zhuǎn)，先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。接收主機發(fā)送的停止信號后，AT24C02啟動內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)。因此，可以編寫一個頁寫操作的函數(shù)如下：

3.3 讀操作

AT24C02的讀操作主要有立即地址讀取、隨機地址讀取和順序地址存取3種。立即地址讀取方式由一個空字節(jié)序列來加載數(shù)據(jù)地址，當(dāng)從機尋址碼和數(shù)據(jù)尋址碼隨鐘輸入，并被確認(rèn)時，從機必須產(chǎn)生另一個開始狀態(tài)，通過發(fā)出一個確認(rèn)讀取的信號之后，數(shù)據(jù)便隨時鐘串行輸出，數(shù)據(jù)的讀取不通過確認(rèn)狀態(tài)應(yīng)答，而是通過一個停止?fàn)顟B(tài)來應(yīng)答。其他兩種方式基本類似，只是不需要產(chǎn)生另一個開始狀態(tài)，而順序地址讀取時，讀出的是連續(xù)數(shù)據(jù)。讀操作的時序圖類似于圖4的寫操作時序，因此可編出讀一個字節(jié)的函數(shù)RlByte如下：

當(dāng)然，對于AT2402的讀取往往不是只一個字節(jié)，更多的時候還是想一連幾個字節(jié)一起讀取，因此，可編出連續(xù)讀取N個字節(jié)的函數(shù)如下：

4 綜合應(yīng)用舉例

以圖6所示硬件電路為例，調(diào)用上面所編寫的函數(shù)，將數(shù)據(jù)00H～07H送到AT24C02內(nèi)部首地址為10H的地方存放，并將AT24C02內(nèi)部以20H為首地址的連續(xù)8個字讀到AT89C51的內(nèi)部RAM20H～27H存放。其主程序如下：

其實，AT24CXX系列的E2PROM芯片很多，但其編程不盡相同。由于C語言的編程要精準(zhǔn)控制時間很不容易，因此往往有些工程人員碰到類似的I2C硬件結(jié)構(gòu)，大多采用C語言與匯編語言混合編程的方法。經(jīng)過筆者一番實踐之后，覺得上述所編寫的函數(shù)幾乎可以用到所有I2C結(jié)構(gòu)的硬件，只需要大家花一點時間調(diào)試下DELAY函數(shù)的時間就可以了。

  

參考文獻:

[1]. AT24C02 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/AT24C02_142894.html.
[2]. AT89C51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/AT89C51_810155.html.
[3]. AT24CXX datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/AT24CXX_2308711.html.