I2C通信之EEPROM

1 EEPROM及其背景知识

1.1 EEPROM

(1)一些概念：ROM、RAM、PROM（可编程ROM）、EPROM（可擦除ROM）、EEPROM（电可擦除ROM）。

(2)为什么需要EEPROM（单片机内部的ROM只能在程序下载时进行擦除和改写，但是程序运行本身是不能改写的。单片机内部的RAM中的数据程序运行时可以改，但是掉电就丢失了。有时候我们有一些数据要存在系统中，要求掉电不丢失，而且程序还要能改。所以内部ROM和RAM都不行。这时候系统中就需要一块EEPROM）。

(3)EEPROM(按照功能命名)和flash(按照工艺进行命名)的区别与联系，EEPROM可能是用flash工艺做出来的(flash可以做成EEPROM)。

(4)EEPROM存在系统中的2种形式：内置在单片机内部，外部扩展。

1.2 EEPROM如何编程

(1)I2C接口底层时序。

(2)器件定义的寄存器读写时序。

2 原理图和数据手册

2.1 原理图和接线确定

(1)关键性引脚定义及其接法（SCL对应P2.1，SDA对应P2.0）。

(2)接线。

2.2 数据手册浏览

(1)芯片基本信息。

(2)I2C从地址确定。

(3)I2C低层时序：起始信号、停止信号、发送字节、读取字节。

2.3 I2C总结

(1)主CPU和其附属芯片之间最常用的接口，尤其是各种传感器，因此在物联网时代非常重要。

(2)三根线：GND、SCL、SDA，串行、电平式。

(3)总线式结构，可以一对多，总线上可以挂上百个器件，用从地址来区分。

(4)主从式，由主设备来发起通信及总线仲裁，从设备被动响应。

(5)通信速率一般（kbps级别），不适合语音、视频等信息类型。

3 I2C低层时序图和程序

3.1 起始信号和结束信号

(1)起始信号：SCL保持高时，SDA有一个从高到低（下降沿）。

(2)结束信号：SCL保持高时，SDA有一个从低到高（上升沿）。

3.2 I2C发送一个字节

(1)I2C发送和接收字节时，都是从高位开始的。

3.3 应答位处理

3.4 I2C接收一个字节

概念：释放总线。在51单片机中，SDA=1就是释放总线；在其他更高级的单片机（譬如STM32等）这里的处理还会有点不一样。为什么SDA=1就是释放总线，是因为当51单片机把引脚拉高时，从设备可以选择再把这个引脚拉高或者拉低；但是当51单片机把这个引脚拉低（接地）后，从设备再也没办法把这个引脚拉高了。

4 EEPROM读写测试

4.1 24C02读写高层时序

(1)从器件的地址是由从器件自身定义的，不同的从器件的地址定义方式是不同的，要查具体的芯片数据手册来确定。 
(2)同一个I2C网络中只有一个主设备，但是从设备可以有多个。这多个从设备的从地址不能相同（硬件设计工程师必须保证这一点。因为从地址是不能通过软件设定的）。 
(3)通过分析原理图和24C02的地址定义，可以得出： 
从设备地址是：读地址：0xa1，写地址：0xa0

4.2 写时序

4.3 读时序

4.4 工程建立与文件导入

…

4.5 加入串口输出代码

…

4.6 测试EEPROM

…

4.7 程序问题解决

(1)通过调试发现程序跑飞了，经过检查发现uart中没有关中断。

(2)读出内容不对，怀疑是EEPROM经不起快速的连续读写，所以在读和写之间加入20ms的delay，测试后发现读写正确了。

(3)定义了局部变量没有初始化，程序中直接去通过串口输出，结果导致程序出现错误。

自己写代码中出现的问题：1.引脚定义错误。2.发送数据和接收数据时移位运算出错。

4.8 代码

i2c.h

#ifndef __I2C_H_

#define __I2C_H_

#include

//---重定义关键词---//

#ifndef uchar

#define uchar unsigned char

#endif

#ifndef uint 

#define uint unsigned int

#endif

//--定义使用的IO口--//

sbit I2C_SCL = P2^1;

sbit I2C_SDA = P2^0;

//--声明全局变量--//

void I2C_Delay10us();

void I2C_Start();

void I2C_Stop();

uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack);

uchar I2C_ReadByte();

#endif

i2c.c

#include "i2c.h"

/*******************************************************************************

* 函 数 名         : Delay1us()

* 函数功能         : 延时

* 输    入         : 无

* 输    出         : 无

*******************************************************************************/

void I2C_Delay10us()

{

    uchar a, b;

    for(b=1; b>0; b--)

    {

        for(a=2; a>0; a--);

    }

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名         : I2C_Start()

* 函数功能         : 起始信号：在I2C_SCL时钟信号在高电平期间I2C_SDA信号产生一个下降沿

* 输    入         : 无

* 输    出         : 无

* 备    注         : 起始之后I2C_SDA和I2C_SCL都为0

*******************************************************************************/

void I2C_Start()

{

    I2C_SDA = 1;

    I2C_Delay10us();

    I2C_SCL = 1;

    I2C_Delay10us();//建立时间是I2C_SDA保持时间>4.7us

    I2C_SDA = 0;

    I2C_Delay10us();//保持时间是>4us

    I2C_SCL = 0;            

    I2C_Delay10us();        

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名           : I2C_Stop()

* 函数功能           : 终止信号：在I2C_SCL时钟信号高电平期间I2C_SDA信号产生一个上升沿

* 输    入           : 无

* 输    出             : 无

* 备    注           : 结束之后保持I2C_SDA和I2C_SCL都为1；表示总线空闲

*******************************************************************************/

void I2C_Stop()

{

    I2C_SDA = 0;

    I2C_Delay10us();

    I2C_SCL = 1;

    I2C_Delay10us();//建立时间大于4.7us

    I2C_SDA = 1;

    I2C_Delay10us();    

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名           : I2cSendByte(uchar num)

* 函数功能           : 通过I2C发送一个字节。在I2C_SCL时钟信号高电平期间，

*                    * 保持发送信号I2C_SDA保持稳定

* 输    入           : num ,ack

* 输    出             : 0或1。发送成功返回1，发送失败返回0

* 备    注           : 发送完一个字节I2C_SCL=0, 需要应答则应答设置为1，否则为0

*******************************************************************************/

uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack)

{

    uchar a = 0,b = 0;//最大255，一个机器周期为1us，最大延时255us。

    // 为了保证时序正确，这里应该加一句 SCL = 0;        

    for(a=0; a<8; a++)//要发送8位，从最高位开始

    {

        I2C_SDA = dat >> 7;  //起始信号之后I2C_SCL=0，所以可以直接改变I2C_SDA信号

        dat = dat << 1;

        I2C_Delay10us();

        I2C_SCL = 1;

        I2C_Delay10us();//建立时间>4.7us

        I2C_SCL = 0;

        I2C_Delay10us();//时间大于4us       

    }

    I2C_SDA = 1;            // 主设备释放SDA线给从设备去操作

    I2C_Delay10us();

    I2C_SCL = 1;            // 主设备开始了第9个周期

    while(I2C_SDA && (ack == 1))//等待应答，也就是等待从设备把I2C_SDA拉低

    {

        b++;

        if(b > 200)  //如果超过200us没有应答发送失败，或者为非应答，表示接收结束

        {

            I2C_SCL = 0;

            I2C_Delay10us();

            return 0;

        }

    }

    I2C_SCL = 0;

    I2C_Delay10us();

    return 1;       

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名           : I2cReadByte()

* 函数功能           : 使用I2c读取一个字节

* 输    入           : 无

* 输    出             : dat

* 备    注           : 接收完一个字节I2C_SCL=0

*******************************************************************************/

uchar I2C_ReadByte()

{

    uchar a = 0,dat = 0;

    I2C_SDA = 1;            //起始和发送一个字节之后I2C_SCL都是0

    I2C_Delay10us();

    // 按道理这里应该有一个SCL = 0的

    for(a=0; a<8; a++)//接收8个字节

    {

        I2C_SCL = 1;        // 通知从设备我要开始读了，可以放1bit数据到SDA了

        I2C_Delay10us();

        dat <<= 1;          // 读取的时候是高位在前的

        dat |= I2C_SDA;

        I2C_Delay10us();

        I2C_SCL = 0;        // 拉低，为下一个bit的周期做准备

        I2C_Delay10us();

    }

    return dat;     

}

at24c02.h

#ifndef __AT24C02_H__

#define __AT24C02_H__

void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat);

unsigned char At24c02Read(unsigned char addr);

#endif

at24c02.c

#include "at24c02.h"

#include "i2c.h"

/*******************************************************************************

* 函 数 名         : void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)

* 函数功能         : 往24c02的一个地址写入一个数据

* 输    入         : 无

* 输    出         : 无

*******************************************************************************/

void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)

{

    I2C_Start();

    I2C_SendByte(0xa0, 1);//发送写器件地址

    I2C_SendByte(addr, 1);//发送要写入内存地址

    I2C_SendByte(dat, 0);   //发送数据

    I2C_Stop();

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名         : unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)

* 函数功能         : 读取24c02的一个地址的一个数据

* 输    入         : 无

* 输    出         : 无

*******************************************************************************/

unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)

{

    unsigned char num;

    I2C_Start();

    I2C_SendByte(0xa0, 1); //发送写器件地址

    I2C_SendByte(addr, 1); //发送要读取的地址

    I2C_Start();

    I2C_SendByte(0xa1, 1); //发送读器件地址

    num=I2C_ReadByte(); //读取数据

    I2C_Stop();

    return num; 

}

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main.c

#include

#include "at24c02.h"

#include "uart.h"

void delay20ms(void)   //误差 -0.000000000005us

{

    unsigned char a,b,c;

    for(c=1;c>0;c--)

        for(b=222;b>0;b--)

            for(a=40;a>0;a--);

}

/*******************************************************************************

* 函 数 名         : main

* 函数功能         : 主函数

* 输    入         : 无

* 输    出         : 无

*******************************************************************************/

void main()

{

    unsigned char i;

    unsigned char addr; 

    unsigned char src_data[] = "()ab#cde!fg1234567";    

    unsigned char buf[8] = "ABCDEFGH";

    uart_init();

/*

    for (i=0; i<128; i++)

    {

        uart_send_byte(i);

    }

    while (1);

*/

    // 先随便找一堆数据，譬如"abcdefg1234567-_-*&%@/\"

    // 把这些写入EEPROM的特定地址中

    // 然后读EEROM的这些地址，读出后通过串口打印出来看是不是我们写入的

    uart_send_byte('%');

    addr = 0;

    for (i=0; i<8; i++)

    {

        At24c02Write(addr, src_data[i]);

        delay20ms();

        addr++;

    }

    for (i=0; i<8; i++)

    {

        uart_send_byte(buf[i]);

    }

    for (i=0; i<20; i++)

    {

        uart_send_byte('-');

    }

    // 读出测试

    addr = 0;

    for (i=0; i<8; i++)

    {

        buf[i] = At24c02Read(addr);

        delay20ms();

        addr++;

    }

    for (i=0; i<8; i++)

    {

        uart_send_byte(buf[i]);

    }

    while (1);

    // 进一步测试

    // 先写入一些特定内容，然后关机断电；然后改代码为读出并打印显示看内容

}