一、 存儲器介紹
存儲器分類圖
1. RAM
這類存儲器中的數據都是掉電即失的，例如計算機中的內存就是DRAM，但它們數據讀寫速度都是要比ROM要快得多的。
- SRAM：本質是電路，使用電路構成的觸發器來存儲數據（如JK觸發器），因此這種存儲器讀寫數據是最快的，而它們的成本也比較高，一般用作計算機的高速存儲器，寄存器等
- DRAM：使用電容來存儲數據，因為電容存在漏電現象，因此需要每隔一段時間進行掃描重新充電。它們一般用來構成計算機的內存，手機的閃存等。
2. ROM
這類存儲器中的數據有着掉電不丟失的特性，但它們讀寫數據的速度遠小於RAM
- Mask ROM：僅由電路構成，只讀的ROM，就是只可讀不可寫
- PROM：可以寫入數據，但只能寫入一次數據
- EPROM：可讀可寫
- ...
二、AT24C02簡介
AT24C02是一種可以實現掉電不丟失的存儲器，可用於保存單片機運行時想要永久保存的數據信息
- 存儲介質：E2PROM
- 通訊接口：I2C總線
- 容量：256字節
電路連接
三、I2C總線和AT24C02數據幀
I2C總線（Inter IC BUS）是由Philips公司開發的一種通用數據總線（通信協議）
- 兩根通信線：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）
- 同步、半雙工，帶數據應答
- 通用的I2C總線，可以使各種設備的通信標准統一，對於廠家來說，使用成熟的方案可以縮短芯片設計周期、提高穩定性，對於應用者來說，使用通用的通信協議可以避免學習各種各樣的自定義協議，降低了學習和應用的難度
1. 電路規范
- 所有I2C設備的SCL連在一起，SDA連在一起
- 設備的SCL和SDA均要配置成開漏輸出模式
- SCL和SDA各添加一個上拉電阻，阻值一般為4.7KΩ左右
- 開漏輸出和上拉電阻的共同作用實現了“線與”的功能，此設計主要是為了解決多機通信互相干擾的問題
2. I2C的時序結構
我們可以將通過I2C協議實現主機與從機通信的過程分為以下六個部分，這六個部分可以像拼圖一樣拼湊出所有的通信過程：
① 發送起始信息：
起始條件：SCL高電平期間，SDA從高電平切換到低電平，如下圖所示：
同時為了使這塊拼圖可以和其他的部分連接上，我們在發送起始信息（
start）之后，也將SCL拉低。
② 發送終止信息：
終止條件：SCL高電平期間，SDA從低電平切換到高電平
同理，為了和其他拼圖拼接上，我們得到的SCL原來是低電平的（這是因為后面的4塊拼圖結束時SCL都是低電平，因此來到終止信息時也是低電平），我們先拉高SCL，然后拉高SDA即可發送終止信號了。
③ 發送一個byte的信息：
發送一個byte（字節）信息可以分解為循環發送8個bit 的信息，因此我們只需要知道如何發送一個bit的信息即可。
發送一個bit信息的操作：(1)SCL低電平期間，主機將數據位依次放到SDA線上（高位在前），(2)然后拉高SCL，從機將在SCL高電平期間讀取數據位，所以SCL高電平期間SDA不允許有數據變化
即如果我們希望發送0，則：
- 在SCL在低電平時，將SDA的電平拉低（置零）
- 再將SCL的電平拉高，提醒從機讀取信息
- 過一段時間（等待從機把信息讀取完成）后再次將SCL拉低
具體的過程如圖所示：
例如在B7時間內，如果SDA為低電平，則發送的數據為0，如果為高電平則發送的數據為1
④ 接收一個byte的信息：
和發送信息類似，我們只需要知道如何接收一個bit的信息，然后只需要循環進行8次即可接收一個字節的信息了。
接收一個bit信息的操作：(1)SCL低電平期間，從機將數據位依次放到SDA線上（高位在前），(2)然后拉高SCL(相當於通知從機主機正在讀取這個bit的數據)，主機將在SCL高電平期間讀取數據位，所以SCL高電平期間SDA不允許有數據變化。（主機在接收之前，需要釋放SDA）
具體的過程如圖所示：
這個過程我個人的理解是：
- 釋放SDA（拉高電平），將寫入數據的主動權交給從機
- 從機寫入下一位bit到SDA中
- 主機拉高SCL，提示從機我正在讀取這個bit的數據，你先不要變化
- 主機讀取完數據，將SCL拉低，實際上這個過程是在告訴從機我已經讀完這個bit了，你給我下一個bit的數據吧，然后如果還未滿8位則轉到第2步繼續接受數據，如果滿了一個字節則接收結束
對比發送數據和接收數據可以發現，這兩個過程非常的相似，只不過(1)發送信息時寫入信息的一方是主機，而接收信息時寫入數據的是從機，(2)發送信息時拉高和拉低SCL電平是通知從機讀取信息，而在接收信息時則是通知從機主機當前正在讀取信息。
可以發現單從開始時的SCL和SDA的狀態是無法區分主機是想發送還是接收信息的，其實接收數據還是發送數據是由后面的時序過程（數據幀）所決定的，不需要起始狀態進行區分。
⑤ 發送應答：
在接收完一個字節之后，主機在下一個時鍾發送一位數據，數據0表示應答，數據1表示非應答
其實發送應答的操作就是發送一個bit的操作而已：
⑥ 接收應答：
在發送完一個字節之后，主機在下一個時鍾接收一位數據，判斷從機是否應答，數據0表示應答，數據1表示非應答（主機在接收之前，需要釋放SDA）
和發送應答類似，接收應答的操作也就是接收一個bit數據的操作。
3. I2C數據幀
① 發送一幀數據：
其過程是（過程中的接收應答省略不寫了）：
- 發送一個開始信號
- 發送從機地址（加上寫入標記，最后一位為0）
- 循環發送字節數據
- 發送完后發送結束信號
② 接收一幀數據：
過程和發送一幀數據的過程非常類似，只是中間的發送字節數據變成了接收字節數據，此外還有地址部分的最后一位為1，代表讀取數據。
③ 先發送后接收數據：
4. AT24C02數據幀
AT24C02是使用I2C通訊協議進行通訊的，I2C數據幀相當於是一輛卡車，而AT24C02數據幀則是在原來卡車的基礎上裝上了特定貨物的卡車。
① 字節寫：
在WORD ADDRESS處寫入數據DATA
② 隨機讀：
讀出在WORD ADDRESS處的數據DATA
AT24C02的固定地址為1010，可配置地址本開發板上為000，所以
SLAVE ADDRESS+W為0xA0，SLAVE ADDRESS+R為0xA1
四、代碼實現
1. I2C模塊
實現I2C模塊，即實現上面介紹的6塊拼圖。
首先定義出SCL和SDA連接的引腳：
sbit I2C_SCL = P2 ^ 1;
sbit I2C_SDA = P2 ^ 0;
① 發送起始信息和發送終止信息：
void I2C_Start() {
I2C_SDA = 1;
I2C_SCL = 1;
// 在SCL為高電平拉低SDA
I2C_SDA = 0;
I2C_SCL = 0;
}
void I2C_Stop() {
I2C_SDA = 0;
// 在SCL為高電平時拉高SDA
I2C_SCL = 1;
I2C_SDA = 1;
}
② 發送字節信息和接收字節信息：
void I2C_SendByte(unsigned char byte) {
unsigned char i = 0;
for (i = 0; i < 8; i++) {
// 先將一個bit的數據寫入到SDA中
I2C_SDA = byte & (0x80 >> i);
// SCL先拉高，后拉低，通知從機接收數據
I2C_SCL = 1;
I2C_SCL = 0;
}
}
unsigned char I2C_ReceiveByte() {
unsigned char byte = 0x00;
unsigned char i;
// 先釋放SDA（將主動權交給從機）
I2C_SDA = 1;
for (i = 0; i < 8; i++) {
// 通知從機主機正在讀取數據
I2C_SCL = 1;
// 如果是1則置一，否則默認為0
if (I2C_SDA) {
byte |= (0x80 >> i);
}
// 通知從機這個bit已經讀取完畢，可以發送下一個bit
I2C_SCL = 0;
}
return byte;
}
③ 發送應答和接收應答：
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit) {
I2C_SDA = AckBit;
// SCL先拉高，后拉低，通知從機接收數據
I2C_SCL = 1;
I2C_SCL = 0;
}
unsigned char I2C_ReceiveAck() {
unsigned char AckBit;
// 先釋放SDA（將主動權交給從機）
I2C_SDA = 1;
// 通知從機主機正在讀取數據
I2C_SCL = 1;
AckBit = I2C_SDA;
// 通知從機這個bit已經讀取完畢
I2C_SCL = 0;
return AckBit;
}
2. AT24C02模塊
這個模塊依賴於I2C模塊，即利用I2C發送和接收數據。
首先定義從機地址：
// 最后一位為0代表寫，即發送數據，為1代表讀，即接受數據
#define AT24C02_ADDRESS 0xA0
① 字節寫：
前面已經提到，AT24C02可以存儲256個字節的數據，因此我們的數據可以任意0~255號地址的空間進行存儲：
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress, unsigned char Byte) {
I2C_Start();
// 從機地址
I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
I2C_ReceiveAck();
// 字地址
I2C_SendByte(WordAddress);
I2C_ReceiveAck();
// 發送真正的數據
I2C_SendByte(Byte);
I2C_ReceiveAck();
I2C_Stop();
}
② 隨機讀：
讀取WordAddress地址中存儲的字節信息：
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress) {
unsigned char Byte;
I2C_Start();
// 從機地址
I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
I2C_ReceiveAck();
// 字地址
I2C_SendByte(WordAddress);
I2C_ReceiveAck();
I2C_Start();
// 從機地址，read模式
I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);
I2C_ReceiveAck();
// 讀取信息
Byte = I2C_ReceiveByte();
I2C_SendAck(1);
I2C_Stop();
return Byte;
}
3. 使用AT24C02進行數據存儲
我們使用LCD_1602進行顯示，第二行顯示num數字，當我們單擊按鈕時：
- 點擊k1，
num-- - 點擊k2，
num++ - 點擊k3，將
num的數據存儲到AT24C02中地址為1的空間中
void main() {
unsigned char key, num;
unsigned char storageData;
LCD_Init();
LCD_ShowString(1, 1, "Hello world");
LCD_ShowString(2, 1, "num:");
storageData = AT24C02_ReadByte(1);
num = storageData;
LCD_ShowNum(2, 5, storageData, 3);
Timer0_Init();
while (1) {
key = Key();
if (key) {
switch (key) {
case 1:
num--;
break;
case 2:
num++;
break;
case 3:
AT24C02_WriteByte(1, num);
break;
}
}
LCD_ShowNum(2, 5, num, 3);
}
}
void Timer0_Routine() interrupt 1 {
static unsigned int T0Count..;
TL0 = 0x18;//設置定時初值
TH0 = 0xFC;//設置定時初值
T0Count++;
if (T0Count >= 20) {
T0Count = 0;
Key_Loop();//每20ms調用一次按鍵驅動函數
}
}
這樣我們每次重啟時就可以看到上次存儲的數字了。