江科大51单片机笔记【11】AT24C02（I2C总线）

news2025/3/13 7:22:30

一、存储器

1.介绍

RAM的特点是存储速度特别快，但是掉电会丢失；ROM的特点是存储速度特别慢，但是掉电不会丢失

SRAM是所有存储器最快的，一般用于电脑的CPU高速缓存，容量相对较少，成本较高；DRAM原理是用电容存储，容值很小，需要配一个扫描电路，需要每隔一段时间补电，一般用于电脑的内存条，手机的运行内存，容量相对较大，成本较低

ROM的前四个都是一个系列的，MaskROM只能读取不能写；PROM可编程，但是只能写入一次；EPROM即可以编程也可以擦除，清除需要拿紫外线照射30分钟，E2PROM这种只需要用电就可以擦除（本单片机所用）；Flash（闪存）：电脑固态硬盘，手机存储，运用最广泛；硬盘（电脑机械硬盘，利用电磁存储）、软盘（淘汰）、光盘（光信号存储）

2.简化模型

横向的线成为地址总线；竖向的线称为数据总线

我们在横线赋值就是选择地址，在竖线赋值就是写入数据

右边这样接一个二极管的连接方式可以有效防止其他行干扰

PROM跟MaskROM其实一样，蓝色的二极管是一种特殊二极管，即很容易击穿，当我们在横线给高电压，蓝色二极管就会被击穿，就会变成右边的状态，但是被击穿之后就永远被击穿了，所以我们只能写入一次，这就是PROM

二、AT24C02

1.介绍

AT24C02是一种可以实现掉电不丢失的存储器，可用于保存单片机运行时想要永久保存的数据信息
存储介质：EPROM
通讯接口：I2C总线
容量：256字节

2.引脚及应用电路

VCC、GND：电源（1.8V-5.5V）
WP：写保护（高电平有效
SCL、SDA：I2C接口
A0、A1、A2：I2C地址

3.内部结构框图

三、I2C（I方C）总线（重难点）

总览：先介绍，电路，然后学六种时序函数，写数据帧，学三种数据帧，再学习AT24C02数据帧

1.介绍

I2C总线（intel IC BUS）是有飞利浦公司开发的一种通用数据总线
两根通信线：SCL（serial clock）、SDA（serial data）
同步、半双工、带数据应答
通用的I2C总线，可以使各种设备的通信标准统一，对于厂家来说，使用成熟的方案可以缩短芯片设计周期、提高稳定性，对于应用者来说，使用通用的通信协议可以避免学习各种各样的自定义协议、降低了学习和应用的难度
左1图是一个小巧的OLED屏幕，左2图是D3231，一种时钟芯片，比1302精度高很多，右1图是一种陀螺仪传感器，姿态传感器，用于平衡车无人机等；这些都可以通过I2C模块进行通信

2.电路规范

所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起
设别的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式
SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7K欧左右
开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”的功能，此设计主要是为了解决多级通信互相干扰的问题
左图是一个连接图，开漏输出保证了CPU想通信某一个设备时，其他设备没有干扰，给1就会进入浮空状态
右图是内部结构，下面的三角是一个输入的缓存，输入阻抗很大相当于断开，相当于一个电压表监视着电压；上面是目视管，相当于电子开关，给低电平导通，给高电平断开，不干扰外界

3.I2C时序结构

（1）起始和终止

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平S：Start
终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平P：Stop

（2）发送和接收

发送一个字节：SCL低电平期间，主机（单片机）将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节

接收一个字节： SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位在前），然后拉高SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA）

（3）应答

发送应答：在接收完一个字节之后，主机在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
接收应答：在发送完一个字节之后，主机在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

4.I2C数据帧

（1）发送一帧数据

首先是Strat起始时序；第二个是发送“从机地址+读写位”，又分为八位，前七位是地址，地位前4位是固定的，不同芯片不同，我们24C02固定为1010，最后一位是读写标识位；第三个是RA：0，接收应答，每次发送后都会加一个接收应答，接下来是发送第一个字节，接收应答，发送第二个字节，接收应答等等等，最后是Stop结束时序