EEPROM存储芯片24C02

Posted 2022-10-29 h1019384803

1、24C02简介

　　24C02是一个2Kbit的串行EEPROM存储芯片，可存储256个字节数据。工作电压范围为1.8V到6.0V，具有低功耗CMOS技术，自定时擦写周期，1000000次编程/擦除周期，可保存数据100年。24C02有一个16字节的页写缓冲器和一个写保护功能。通过I2C总线通讯读写芯片数据，通讯时钟频率可达400KHz。

　　可以通过存储IC的型号来计算芯片的存储容量是多大，比如24C02后面的02表示的是可存储2Kbit的数据，转换为字节的存储量为2*1024/8 = 256byte；有比如24C04后面的04表示的是可存储4Kbit的数据，转换为字节的储存量为2*1024/8 = 512byte;以此来类推其它型号的存储空间。

　　24C02的管脚图如下：

　　VCC和VSS是芯片的电源和地，电压的工作范围为：+1.8V~+6.0V。

　　A0、A1、A2是IC的地址选择脚。

　　WP是写保护使能脚。

　　SCL是I2C通讯时钟引脚。

　　SDA是I2C通讯数据引脚。

2、24C02的设备地址和写写保护功能

 　　I2C主机在与24C02通讯时，需要发送一个设备地址进行寻址，在I2C总线上，每一个从机设备的地址都是唯一的。

　　24C02的设备地址包含两部分，第一部分是bit7~bit4是固定的“1010”，第二部分bit3~bit1位由A2、A1、A0组成。主机在与24C02进行通讯时，除了发送设备地址还需要发送数据的读写方向位R/W，24C02的是设备地址与R/W位组成了一个字节的数据。如下图：

 　　上图列出了几个存储IC的设备地址与R/W位组成的字节。由图中可以看到，存储IC地址的bit7~bit4位固定为“1010”；bit3~bit1位由A2、A1、A0引脚的电平状态决定，如果Ax接的是电源（高电平），那么Ax=1，如果Ax接的是地，那么Ax=0,即由A2、A1、A0可以组合成8种设备地址，也就是说在同一个I2C总线上可以同时挂载8个24C02芯片。一般如果I2C总线上只有一片24C02芯片的话，A2、A1、A0引脚都接到地。

　　由于24C02只有256个字节的存储空间，所以只需要8个bit（1个byte）的地址位就可以寻址完24C02的存储空间，但是无法寻址完更大容量的存储IC，比如24C04的存储容量是512字节，需要9个bit的地址位才能寻址完。由上图可以看到，24C04的设备地址内是没有A0参数的，被a8代替了，这个a8就是24C04的第9个bit的地址位，也就是说24C04的A0引脚是不起作用的，这样也就造成了在I2C总线上只能同时挂载4个24C04芯片。其它存储器如24C08、24C16也可以这么类推。

　　24C02的WP引脚是写保护引脚，当WP引脚接高电平的时，24C02只能进行读取操作，不能进行写操作。只有当WP引脚悬空或接低电平时，24C02才能进行写操作。

3、24C02数据读取操作

　　在这里只是对24C02的读写进行一些说明和一些注意的实现，不会涉及具体的程序代码，只是进行代码概述，工程代码已经上传到个人GitHub中，感兴趣的可以去GitHub中下载查看。

　　MCU通过使用I2C读取24C02任意存储空间地址内的数据，代码如下：　　

 1 uint8_t AT24CXX_READ_ONE_BYTE(uint16_t address)
 2     
 3     uint8_t dat;
 4     
 5     I2C_START();
 6     AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_WIRTE_CMD);
 7     if(AT24CXX_ERR != 0)//没有响应直接退出
 8     
 9         AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(address & 0xFF);
10         if(AT24CXX_ERR != 0)
11             
12             I2C_START();
13             
14             AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_READ_CMD);    
15             if(AT24CXX_ERR != 0)
16                      
17                dat = I2C_READ_BYTE(0); 
18                I2C_STOP();
19             
20         
21     
22     
23     return dat;
24 

　　第5行主机产生一个I2C起始信号，第6行发送设备地址和写数据位给24C02，第9行是发送需要读取的地址给24C02，第12行主机产生一个重复起始信号，第14行设备地址和读数据位给24C02，第17行是读取24C02相应地址存储的数据。第18行是主机产生I2C结束信号。

　　在上面的程序代码中，AT24CXX_ERR是用来获取24C02的应答信号，如果主机与24C02的通讯正常，主机每发送一个字节给24C02，24C02都会反馈一个应答信号给主机，如果24C02没有反馈应答信号，那么说明24C02正在进行其它操作或者通讯异常导致无法通讯，主机会产生一个结束信号来结束操作。在I2C_WRITE_BYTE()函数内部有一个等待应答信号的操作，如果没有收到应答信号，在I2C_WRITE_BYTE()函数内会产生一个停止信号来结束当前操作。AT24CXX_ERR用来判断接下来的操作是否执行，如果AT24CXX_ERR=0说明没有收到应答信号，直接退本次读取操作；如果AT24CXX_ERR!=0说明有收到应答信号，继续读取操作。

　　24C02内部有一个地址计数器，主机发送要读写的存储空间地址给24C02，就相当于改变24C02的内部地址计数器的值，主机每读写一个字节24C02之后，它内部地址计数器的值就会自动加1。也就是说如果当前地址是N，那么主机读取完一个字节的数据之后，再次读的话就变为了读取N+1地址的数据。

　　这里需要注意的一点是，24C02的内部地址计数器的地址只能从0~255之间递增，这是因为24C02的存储控制只有256个字节，地址计数器只能在0~255（共256个地址）内变化。如果连续读取使得地址计数器超过255，那么地址计数器就会从0地址开始循环。比如说当前内部计数器地址为255，主机在读取一个字节数据之后会导致内部计数器地址变为0，那么主机再次读取数据的时候读取得到的是24C02地址0的数据。

　　MCU使用I2C连续读取24C02内多个存储空间地址数数的代码如下：

 1 void AT24CXX_READ_BUFF(uint16_t address,uint8_t *buffer,uint16_t Len)
 2     
 3     uint16_t i;
 4     
 5     I2C_START();
 6     AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_WIRTE_CMD);
 7     if(AT24CXX_ERR != 0)//没有响应直接退出
 8     
 9         AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(address & 0xFF);
10         if(AT24CXX_ERR != 0)
11             
12             I2C_START();
13             AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_READ_CMD);   
14             if(AT24CXX_ERR != 0)
15                            
16                 for(i=0;i<Len;i++)
17                 
18                     buffer[i] = I2C_READ_BYTE(0); 
19                 
20             
21             
22             if(AT24CXX_ERR != 0)
23                      
24                 I2C_STOP();
25                         
26         
27     
28 

　　上面的代码，大部分跟读取一个字节的程序代码是一样的，不一样的是第16~19行，这里用一个for循环来连续读取24C02内的数据，这里并没有对超范围读取数据进行限制，所以在使用的时候需要注意不要连续读取超过24C02的存储空间，就算超过也不会有问题，只是会重新开始从0地址读取。

4、24C02数据写入操作

　　MCU使用I2C写入一个字节数据到24C02任意存储空间地址内的代码如下：

 1 void AT24CXX_WRITE_ONE_BYTE(uint16_t address,uint8_t dat)
 2     
 3     I2C_START();
 4     AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_WIRTE_CMD);
 5     if(AT24CXX_ERR != 0)//没有响应直接退出
 6     
 7         AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(address & 0xFF);
 8         if(AT24CXX_ERR != 0)
 9             
10             AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(dat);    
11             if(AT24CXX_ERR != 0)
12                      
13                I2C_STOP();
14             
15         
16     
17 

　　第3行主机产生一个I2C起始信号，第4行发送设备地址和写数据位给24C02，第7行是发送需要写入数据的地址给24C02，第10行是将要写入的数据发送给24C02。第18行是主机产生I2C结束信号。上面大部分操作跟读取是一样的，不一样的只是最后将读取操作改为了写入操作。

　　如果需要连续写入数据，可以如下：

1     for(i = 0;i < 256;i ++)
2         
3         AT24C02_BUFF[i] = i;
4         AT24CXX_WRITE_ONE_BYTE(i,AT24C02_BUFF[i]);
5     

　　但是在实际使用的过程中，发现只有一部分AT24C02_BUFF[]数组里面的数据被写入到了24C02当中，有一些数据没有写进24C02。这是因为24C02擦写数据没有那么快，需要一定的时间，在24C02正在擦写数据的过程中，是不会应答主机的通讯的，所以如果主机在写入一个数据之后又立马写入另一个数据，就会导致24C02跟不上主机的通讯速度从而导致无法写入数据。

　　需要注意的是24C02并不是在主机发送数据给24C02之后就立马擦写数据的，24C02是在主机产停止信号之后才开始擦写数据的，并且在擦写数据完成之前不会响应主机的其它操作。

　　可以通过一定的延时函数来等待24C02擦写完成，代码如下：

    for(i = 0;i < 256;i ++)
        
        AT24C02_BUFF[i] = i;
        AT24CXX_WRITE_ONE_BYTE(i,AT24C02_BUFF[i]);
        HAL_Delay(1);
    

　　通过调用HAL_Delay()函数进行延时，具体的延时时间可以通过调试来决定，这里使用1ms的延时时间，具体24C02擦写数据需要多久并不清楚。

　　除了通过延时函数进行等待24C02擦写完成，也可以通过发送设备地址给24C02，然后查询是否有应答信号返回来判断24C02是否擦写完成。24C02在擦写数据时是反馈应答信号给主机的，这样就可以通过不断的发送数据给24C02，然后查询应答信号来判断24C02是否擦写完成，一旦擦写完成就可以进行下一个数据的写入。代码如下：

 1 void Wait_AT24CXX_WRITE_OK(void)
 2 
 3     uint8_t Wait_Cnt;
 4 
 5     Wait_Cnt = 50; 
 6     do
 7     
 8         I2C_START();
 9         AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_WIRTE_CMD);
10         if(AT24CXX_ERR != 0)
11         
12             I2C_STOP();//接收到响应信号退出
13             break;
14         
15             
16     while(Wait_Cnt--);
17 
18 

　　Wait_Cnt是一个次数限制变量，不能无限的在里面等待，不然遇到异常就有可能造成程序卡死。

　　程序通过发送起始信号、发送设备地址和写数据方向给24C02，如果24C02反馈了一个应答信号给主机，主机就产生一个停止信号，然后退出当前循环。应用代码如下：

1     for(i = 0;i < 256;i ++)
2         
3         AT24C02_BUFF[i] = i;
4         AT24CXX_WRITE_ONE_BYTE(i,AT24C02_BUFF[i]);
5         Wait_AT24CXX_WRITE_OK();//可以通过发送设备地址给从机，通过从机反馈的响应信号来判断从机是否可以正常通讯
6     

5、24C02页写入

　　24C02有一个页写入功能，可以连续写入16个字节的数据。

　　24C02可以以页来划分存储空间，每16个字节组成一个页，24C02的存储空间大小为256个字节，所以24C02总共有16个页。如：

　　页0：地址从0x00~0x0F

　　页1：地址从0x10~0x1F

　　......

　　页15：地址从0xF0~0xFF　　

　　24C02可以在一个页内连续的写入数据，但是需要注意的是如果写入的数据超过页大小，那么就会覆盖页初始地址的值，比如说连续写入3个数据，第1个数据写入到地址0x0F当中，第2个数据由于溢出页的限制，会被写入到地址0x00当中，第3个数据会被写入到地址0x01当中。

　　以个人的理解，24C02内部有一个16byte的数据缓存器，在上面的介绍中知道，主机在发送数据给24C02的时候，24C02是不会擦写数据的，只有当主机发送停止信号之后24C02才会擦写数据。那么当主机发送数据给24C02时，只是将数据写入到了24C02内部的缓存器中，只有当主机发送结束信号之后，24C02才将缓存器内的数据写入到内部存储空间。

　　由24C02的数据缓存器只有16个byte（每个型号的存储IC的页大小是不一样的也就是缓存器大小是不不一样的）。所以如果写入的数据超过缓存器的大小就会覆盖之前写入的数据。

　　使用页写入连续将数据写入24C02的代码如下：　　

 1 void AT24CXX_WRITE_BUFF(uint16_t address,uint8_t *Buffer,uint16_t Len)
 2 
 3     uint8_t i;
 4     uint16_t re_main;
 5     
 6     if(address >= 256)//对输入的地址进行限制，24C02只有256个字节的存储空间，其它型号的存储器IC可以通过查资料
 7     
 8         return;
 9     
10     
11     re_main = 256 - address;//计算出还有多少存储空间
12     
13     if(Len > re_main)//如果要写入的数据量超过剩余存储空间，则只写入剩余存储空间数量的数据
14     
15         Len = re_main;
16     
17     
18     re_main = 16 - address%16;//计算当前页还可以写入多少个数据
19     
20     if(Len <= re_main)//如果要写入的数据小于等于当前页剩余的存储空间，则只写入Len个字节数据就好，不需要跨页操作
21     
22         re_main = Len;
23     
24     
25     do
26     
27         I2C_START();
28         AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(AT24CXX_WIRTE_CMD);
29         if(AT24CXX_ERR == 0)//没有响应直接退出
30         
31             break;
32         
33         
34         I2C_WRITE_BYTE(address & 0xFF);
35         for(i = 0;i < re_main;i ++)//最多连续写入一个页数据的大小
36         
37             AT24CXX_ERR = I2C_WRITE_BYTE(Buffer[i]);
38         
39         
40         I2C_STOP();
41         Wait_AT24CXX_WRITE_OK();//等待24C02完成擦写数据动作    
42         
43         if(re_main != Len)
44         
45             address += re_main;//已经写入re_main个数据，
46             Buffer += re_main;
47             Len -= re_main;
48             
49             re_main = 16;//写一个页的的大小也是16个字节
50             
51             if(Len <= re_main)
52             
53                 re_main = Len;
54                 
55         
56         else
57         
58             break;//数据写入完成退出
59         
60     
61     while(1);    
62 

　　AT24CXX_WRITE_BUFF()函数的思路如下：

　　首先判断输入的地址是否超过存储IC的存储空间，如果超过则退出，如第6~9行。

　　计算出输入的地址到存储器存储的结束地址剩余多少空间，如果要写入的数据比剩余空间还多，那么剩余多少空间就写入多少空间，需要写入的多余部分就去掉，如第11~16行。

　　计算当前页还可以写入多少数据，如果当前页剩余的空间比Len要写入的数据长度还大，那么只要写入当前页就足够了，不需要再跨页写入数据。如第18~23行。

　　通过一个while(1)循环连续写入数据到24C02中。

　　第27~41行是将re_main个数据写入到24C02当中，由于是在一个页内操作，所以可以连续写入，写完之后在产生一个结束信号然后等待24C02擦写完成。

　　如果不需要跨页写入就已经将数据全部写完，那么就可以直接break退出while循环，如第58行。

　　如果需要跨页写入数据，还需要将地址、buffer、Len减去已经写入的数据量，然后下一个页可以写入整个页的数据量，也就是16个字节，通过比较判断一个页的剩余空间是否能够写完剩余的Len数据，如果不行就重复循环操作，如果可以写完，在写完之后就退出while循环。