AT24C02的引脚功能和在Keil C中的程序编写步骤

AT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含256×8位存储空间，具有工作电压宽（2.5～5.5 V）、擦写次数多（大于10 000次）、写入速度快（小于10 ms）、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。而且他是采用了I2C总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和I／O线，并且支持在线编程，进行数据实时的存取十分方便。

1 AT24C02的引脚功能

AT24C02引脚如图1所示。

他的的1、2、3脚是3根地址线，用于确定芯片的硬件地址。第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入／输出，数据通过这根双向I2C总线串行传送。第6脚SCL为串行时钟，SDA和SCL为漏极开路端，在实际的应用当中都需要和正电源间各接一个5.1 kΩ的电阻上拉。第7脚为WP写保护端，接地时允许芯片执行一般的读写操作；接正电源时只允许对器件进行读操作。

2 AT24C02的内部结构

图2为AT24C02的内部结构图。

启动、停止逻辑单元 接收数据引脚SDA上的电平信号，判断是否进行启动和停止操作串行控制逻辑单元 根据SCL，SDA电平信号以及“启动、停止逻辑”部件发出的各种信号进行区分，并排列出有关的“寻址”、“读数据”和“写数据”等逻辑，将他们传送到相应的操作单元。例如：当操作命令为“寻址”时候，他将通知地址计数器加1，并启动“地址比较”器进行工作。在“读数据”时，他控制“Dout／确认逻辑”单元；在“写数据”时候，他控制“高压泵／定时”电路，以便向E2PROM电路提供编程所需要的高电压。

地址／计数器单元 产生访问E2PROM所需要的存储单元的地址，并将其分别送到X译码器进行字选，送到Y译码器进行位选。

高压泵／定时单元 由于E2PROM数据写入时候需要向电路施加编程高电压，为了解决单一电源电压的供电问题，芯片生产厂家采用了电压的片内提升电路。电压的提升范围一般可以达12～21.5 V。

Dout／确认逻辑单元 地址和数据均以8位二进制码串行输入／输出。数据传送时，每成功传送一个字节数据后，接收器都必须产生一个应答信号。在第9个时钟周期时将SDA线置于低电压作为应答信号。

AT24C02中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。

I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。他通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。 AT24C02正是运用了I2C规程，使用主／从机双向通信，主机（通常为单片机）和从机（AT24C02）均可工作于接收器和发送器状态。主机产生串行时钟信号（通过SCL引脚）并发出控制字，控制总线的传送方向，并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从机，接收到一个字节后必须发出一个确认信号ACK。

AT24C02的控制字由8位二进制数构成，在开始信号发出以后，主机便会发出控制字，以选择从机并控制总线传送的方向。控制字各位的具体作用见表1。

由上表可知，控制字的高4位为AT24C02的识别位，是不能更改的；而第A0，A1，A2片选位，最后是一位是读写控制位，当其为1时，进行的是读操作，反之将要进行的是写操作。

3 AT24C02的读写操作

3.1 开始位、停止位和确认位的编程

总线SCL和SDA一般由上拉电阻拉为高电平，只有在SCL为低电平的周期内，SDA引脚上的数据才有效。而当SCL为高电平期间SDA引脚上产生的电平变化则表示I2C总线工作的“开始”或“停止”两种状态：当SCL为高平时，SDA由高电平转向低电平时表示“开始”状态，而由低电平转向高电平时表示“停止”状态，其时序如图3所示。

由时序图可以编写由主机发给AT24C02的开始信号和停止信号的KEIL C语言函数如下：

同时，AT24C02与主机进行信息交换，还需要另外一个“确认信号（ACK）”的状态。I2C总线数据传送时，每成功地传送一个字节数据后，AT24C02都必须产生一个应答信号，应答的器件在第9个时钟周期时将SDA线拉低，表示其已收到一个8位数据。AT24C02在接收到起始信号和与之匹配的地址之后就会响应第一个应答信号；如果AT24C02被设置为写操作，则每接收一个字节之后响应一个应答信号；当AT24C02被设置在读模式时，则在发送一个字节的数据后会释放SDA线，并监视主机发过来的应答信号，一旦接收到应答信号，AT24C02继续发送数据，如主机没有发送应答信号，AT24C02将停止传送数据并等待一个停止信号，此时主机必须发送一个停止信号给AT24C02，使其进入备用电源模式并使AT24C02处于已知的状态。由此可见，应答信号在AT24C02的读写工作中经常用到，根据图4应答信号的时序图。

可以编出一个检验是否有应答信号送来的操作函数如下：

3.2 写操作

AT24C02允许有两种写操作方式：字节写和页写。

3.2.1 AT24C02字节写操作。

其操作时序如图5所示。在字节写模式下，主机发送开始命令和AT24C02地址信息（“R／W”位置0）给AT24C02，主机在收到AT24C02产生应答信号后发送1个字节地址写入AT24C02的地址指针。主机在收到从器件的另一个应答信号后，再发送数据到被寻址的存储单元。AT24C02再次应答，并在主机产生停止信号后开始内部数据的擦写。在内部擦写过程中，AT24C02不再应答主机的任何请求。根据图5则可以编写出AT24C02的字节写操作函数W1Byte如下：

3.2.2 AT24C02页写操作

AT24C02允许每次写入8个字节的页写操作模式，页写操作和字节写操作的时序差不多都相同，不同的是在于传送了一字节数据后并不产生停止信号，主机被允许再发送7个额外的字节。每发送一个字节数据后，AT24C02产生一个应答位。如果在发送停止信号之前，主机发送超过8个字节，AT24C02内部地址计数器将自动翻转，先前写入的数据被覆盖。接收主机发送的停止信号后，AT24C02启动内部写周期将数据写到数据区。因此，可以编写一个页写操作的函数如下：

3.3 读操作

AT24C02的读操作主要有立即地址读取、随机地址读取和顺序地址存取3种。立即地址读取方式由一个空字节序列来加载数据地址，当从机寻址码和数据寻址码随钟输入，并被确认时，从机必须产生另一个开始状态，通过发出一个确认读取的信号之后，数据便随时钟串行输出，数据的读取不通过确认状态应答，而是通过一个停止状态来应答。其他两种方式基本类似，只是不需要产生另一个开始状态，而顺序地址读取时，读出的是连续数据。读操作的时序图类似于图4的写操作时序，因此可编出读一个字节的函数RlByte如下：

当然，对于AT2402的读取往往不是只一个字节，更多的时候还是想一连几个字节一起读取，因此，可编出连续读取N个字节的函数如下：

4 综合应用举例

以图6所示硬件电路为例，调用上面所编写的函数，将数据00H～07H送到AT24C02内部首地址为10H的地方存放，并将AT24C02内部以20H为首地址的连续8个字读到AT89C51的内部RAM20H～27H存放。其主程序如下：

其实，AT24CXX系列的E2PROM芯片很多，但其编程不尽相同。由于C语言的编程要精准控制时间很不容易，因此往往有些工程人员碰到类似的I2C硬件结构，大多采用C语言与汇编语言混合编程的方法。经过一番实践之后，觉得上述所编写的函数几乎可以用到所有I2C结构的硬件，只需要大家花一点时间调试下DELAY函数的时间就可以了。

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