基于IIC协议的EEPROM读写功能的实现.doc

基于iic协议的eeprom读写功能的实现(一) 设计要求能用iic协议实现对eeprom的数据储存与读出。(二) 设计目的1. 通过本项课程设计，可以培养独立思考、 综合运用所学有关相应知识的能力，能更好的巩固单片机原理与应用课程学习的内容，掌握工程软件设计的基本方法，强化上机动手编程能力，闯过理论与实践相结合的难关！更加了解了单片机的好处和其可用性！同时增加了同学之间的团队合作精神！更加也体会到以后在工作中团队合作的重要性和必要性！2. 通过课程设计，使学生了解高级程序设计语言的结构，掌握基本的程序设计过程和技巧，掌握基本的分析问题和利用计算机求解问题的能力，具备初步的高级语言程序设计能力。为后续各门课程的学习和毕业设计打下坚实基础。3、知道iic串行总线协议原理与运用，明白eeprom的存储结构，知道用keil51软件和proteus仿真进行连调，实习单片机开发。(三) 所用仪器设备电脑、keil51和proteus软件(四) 方案选择由于用iic串行总线读写eeprom我们不能直观的观察他们的读写现象，所以我们选择的是用液晶1602进行读写显示，用4*4矩阵键盘进行读写控制和数字的输入，选用at89c51为主控制器，选用at24c02进行存储。所以这个课程设计主要分为三个模块：1、 iic串行总线读写eeprom模块；2、 液晶显示模块；3、 矩阵键盘控制模块；(五) 具体的设计过程现将iic协议与at24c02的工作原理讲解如下，关于液晶与at89c51的工作原理这里不再讲解。一、iic串行总线的组成与通信原理i2c总线是phlips公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。 i2c总线只有两根双向信号线。一根是数据线sda，另一根是时钟线scl。i2c总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的sda及scl都是线“与”关系。每个接到i2c总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱， i2c总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。在80c51单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是以80c51单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况。 i2c总线的数据传送一、数据位的有效性规定i2c总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。二、起始和终止信号scl线为高电平期间，sda线由高电平向低电平的变化表示起始信号；scl线为高电平期间，sda线由低电平向高电平的变化表示终止信号。 起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。连接到i2c总线上的器件，若具有i2c总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将scl线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放scl线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。 三、数据传送格式（1）字节传送与应答每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（msb），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。 由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放sda线，以允许主机产生终止信号。（2）数据帧格式i2c总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（r/t），用“0”表示主机发送数据（t），“1”表示主机接收数据（r）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。 在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：注：有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送。 a表示应答， a非表示非应答（高电平）。s表示起始信号，p表示终止信号。b、主机在第一个字节后，立即从从机读数据c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相。四、总线的寻址i2c总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。 （1）寻址字节的位定义d7d1位组成从机的地址。d0位是数据传送方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。从机的地址由主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据r/t位将自己确定为发送器或接收器。固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该i2c总线系统中。二、 at24c02内部原理1 芯片说明at24c01/02/04/08/16提供1024/2048/4096/8192/16384位串行eeprom，eeprom组态为128/256/512/1024/20488位。at24c01为低功耗cmos工艺制造，可单电压工作。2 芯片特点 低电压 5.0v（vcc=4.56.0v） 3.0v（vcc=2.76.0v） 2.5v（vcc=2.256.0v） 2.0v（vcc=1.86.0v） 内部组态at24c01的容量为1288（1kb），at24c02的容量为2568（2kb），at24c04的容量为5128（4kb），at24c08的容量为10248（8kb），at24c16的容量为20488（16kb）。双线串行接口（双线为：时钟线scl，串行数据线sda）；双线数据传送协议；支持iso/iec7816-3同步协议；8字节页面（1kb，2kb）、16字节页面（4kb，8kb，16kb）写入方式； 允许部分页面写入；自定时写入周期（最大10ms）；高可靠性，擦写次数可达10万个周期，数据保存期达100年；以晶片、模块及标准封装等形式提供。标准封装有8个引脚的双列直插（pdip）、8个引脚的表面封装和14个引脚的饿表面封装（soic）；晶片和芯片厚度为（612）mil；提供测试卡中芯片的测试程序；芯片体积较小，增加了可靠性，降低了成本。3封装形式及管脚at24c01芯片封装如下图所示： 管脚功能说明引脚功 能a2a0地址sda串行数据scl串行时钟wp写保护nc未连接4芯片最大额定值工作温度：-55+125储存温度：-65+150任一管脚对地电压：-1.0+0.7v最大工作电压：6.6vdc输出电流：50ma5芯片内部功能逻辑at24c01芯片逻辑图如图f3-2所示。下面对该芯片引脚作一简要说明。 引脚说明scl（串行时钟）：scl上升沿将数据输入到eeprom芯片，下降沿将eeprom中的数据输出。其数据传送的最高速率为100kbit/s（位/秒）。sda（串行数据）：双向串行数据传送引脚，该引脚采用漏极开路驱动，可以与其它任何数量的漏极开路或集极开路器件进行“线或”。a0、a1、a2（器件/页地址）：器件地址输入端，应用于标准封装中。wp：写保护。接高电平时，写保护；接地时，可进行读写操作。 逻辑图组成开始/停止逻辑：控制一次读/写操作的开始和停止。串行控制逻辑：在ic卡中，scl为同步时钟，地址、数据和读写控制命令从sda输入，由串行控制逻辑区分。地址/计数器：形成访问eeprom的地址，分别送x译码器进行字选，送y译码器进行位选。vccgndsclsda开始/停止 逻辑串行控制 逻辑en 升压/定时load设备地址比较器+1a2数据寄存器r/wa1数据字地址/计数器x译码eeproma0 y译码串行多路开关数据输出/确认逻辑din dout at24c01芯片逻辑图升压/定时线路：eeprom的写入操作需要高电压，所以芯片内有升压线路，将标准电压提升至1220v。数据输入/应答逻辑：控制数据的输入/输出和确认应答信号。 器件操作时钟和数据传送：scl和sda通常各自通过一个电阻上拉到高电平，sda上的数据仅在scl为高电平时有效，在低电平时允许数据变化。当scl为高电平时，数据的变化表示“开始”或“停止”两种状态。sdasdascl数据稳定数据稳定scl停止开始数据变化 有效时序图 开始态和停止态的定义开始态：scl处于高电平时，sda从高电平转向低电平表示一种操作的开始，所以该状态应在其它命令之前执行。见图f3-4。停止态：scl处于高电平时，sda从低电平转向高电平表示一种操作的结束，将停止所有通讯。在一个读时序后，停止命令置eeprom于等待状态。确认（ack）：所有地址和数据字以8位码串行输入、输出，总线上的任何接收数据设备891scl数据输出（从接收器）开始数据输出（从发送器）确认 图f3-5 数据接收和确认（当与eeprom通讯时）必须将sda总线置于低电平，以确认它成功的接收到了每一个字，该确认必须在每个字及其它所有设备脱离sda总线之后，即第九个时钟周期发生，见图f3-5。eeprom也通过在收到的每个地址或数据之后，置sda于低电平的方式确认。6器件寻址1kb、2kb、4kb、8kb和16kb eeprom在开始状态后均需要一个8字节器件地址作为设备寻址码，使器件能进行读/写操作。图f3-6为设备寻址码。 msb lsb1010a2a1a0r/w 1k/2k1010a2a1p0r/w4k 1010a2p1p0r/w 8k 1010p2p1p0r/w16k 设备寻址码从图中可以看出，设备寻址码的前四位为1010，这在所有eeprom设备中都是一样的。对于1kb/2kb eeprom来说，接下来的3位器件寻址码是a2、a1、a0，这3位必须和它们相应的硬件连线即输入管脚相对应。4kb eeprom仅用a2和a1器件寻址位，第三位是存储器页面寻址位p0。这两个器件寻址位必须和它们相对应的硬件连线即输入管脚相应，a0管脚不连接。8kb eeprom仅用a2器件寻址位，下两位存储器页面寻址位p1和p0。a2必须和它相对应的硬件连线即输入管脚相应，a1和a0管脚不连接。16kb eeprom没有任何设备寻址位，但有三位p2、p1、p0用于存储器页面寻址位。4kb和16kb上的页面寻址位应被视为随后数据寻址的最高位， a2、 a1和a0管脚不连接。器件寻址的最低位是读/写操作选择位r/w，该位处于高电平时激发读操作；该位处于低电平时激发写操作。设备寻址一经比较，eeprom将在sda总线上输出一个确认，如果没有作比较，芯片将回到待机状态。7、写操作1 写字节：写操作需要在给出开始态、器件地址和确认之后，紧跟着给出一个8位数据地址。一经收到该地址，eeprom通过sda发出确认信号，并随时钟输入8位数据。在收到8位数据之后，eeprom将向sda确认，数据传送设备必须用停止状态来终止写操作，这时，eeprom进入一个内计时固定存储器写入周期。在该写周期时，所有输入被禁止，eeprom直到写完后才对通讯应答，见图f3-7。器件地址开始数据停止写地址写sda lineackackacklsbmsb （ack：确认 msb：最高位 l sb：最低位：对1k芯片无用） 写字节时序写页面：1kb/2kb eeprom能进行8字节页面写入，4kb、8kb和16kb设备能进行16字节页面写入。激发写页面与激发写字节相同，只是数据传送设备无需在第一个字节随时钟输入之后，发出一个停止状态。在eeprom确认收到第一个数据之后，数据传送设备能再传送7个（1kb、2kb）或15个（4kb、8kb、16kb）数据，每一个数据收到之后，eeprom都将通过sda回送一个确认信号，最后数据传送设备必须通过停止状态终止页面写序列。如图f3-8所示。器件地址开始数据(n+x)数据(n)停止写地址写sda linemsbackackackacklsb 写页面时序数据字地址的低3位（1kb、2kb）或低4位（4kb、8kb、16kb）在收到每个数据字后，内部自动加1，数据字地址的高位字节保持不变，以保持存储器页地址不变。如果传送到eeprom中的数据字超过8（1kb、2kb）或16（4kb、8kb、16kb）字节，数据字地址将“重复滚动”，以前的数据将被覆盖。确认询问：一旦内计时固定存储器写入周期开始，eeprom输入禁止，只有在内写循环完成时，eeprom才通过sda总线上的确认应答，允许读或写过程继续进行。8、读操作除了器件地址码中读/写选择位置1以外，激发读操作与写操作是一样的。有三种读操作：立即地址读取、随机地址读取、顺序读取。立即地址读取：内部数据字地址指针保持在读写操作中最后访问的地址，按“1”递增。只要芯片保持上电，该地址在两个操作之间一直有效，如果最后一个操作是在地址n处读取，则立即地址是n+1；如果最后操作是在地址n处写入，则立即地址也是n+1。器件地址开始读数据停止sda linenoackmsblsback 立即地址读有一种情况例外，如果地址n是存储列中的第8个（1kb、2kb）或第16个（4kb、8kb、16kb）字节地址，用增加的地址n+1将“滚”置同一列的第一个字节地址。一旦读/写选择位置1，器件地址随时钟输入，并被eeprom确认，立即寻址数据随时钟串行输出。读数据的器件不是通过确认（使总线处于高电平）来应答，而是随后产生一个停止状态。见图f3-9所示。随机地址读取：随机读取需要一个“空”字节写序列来载入数据地址，一旦器件地址码和数据码地址码时钟输入，并被eeprom确认，数据传送设备就必须产生另一个开始条件。读/写选择位处于高电平时，通过送出一个器件地址，数据传送设备激发出一个立即寻址读取，eeprom确认器件地址，并随时钟串行输出数据。器件读数据不通过确认（使sda总线处于高电平）应答，而通过产生一个停止条件应答。如图f3-10所示。器件地址器件地址开始读开始停止写地址写sda linenoackackackacklsbmsb 空写 图f3-10 随机地址读2 顺序读取：顺序读取由立即地址读取或随机地址读取激发，在读数据器件收到一数据码之后，通过“确认”应答，只要eeprom收到确认之后，便会继续增加数据码地址及串行输出数据码。当达到存储器地址极限时，数据码地址将重复“滚动”，顺序读取将继续。当读数据器件不通过确认（使sda总线处于高电平）应答，而通过产生一个停止条件应答时，顺序读取操作被终止。如图f3-11所示。3器件地址数据（n+x）数据（n+1）停止数据（n）读sda lineacknoackackacklsb通信协议的具体设计如下通过上面的我们对iic协议与at24c02原理的理解，我们先要到proteus中把硬件电路画好。at24c02与单片机的原理图如下：我们吧a0、a1、a2、wp接地，即我们把at24c02的地址变为000，不对他进行保护。另外的话我们在sda、sck都要接一个上拉电阻。我们把sda、sck分别接到at89c51的p3.1和p3.0端。iic总线通信的流程图设计如下：yyyy结束开始初始化总线起始信号发送数据n应答？发送数据应答？nn读数据应答？发送数据n发送数据(六) proteus仿真结果及原理图仿真键盘功能说明：其旁边已经有相应的说明了这里在详细的介绍一下1. 数字键0、1、2、3、4、5、6、7、8、9是输入对应的数字键显示在1602上；2. 开显示键是把1602液晶开起来，按下这个键后液晶会显示welcome；3. 清屏键是所吧液晶上显示的数据全部清除掉；4. 删除键是把输入的字符从后面一个个的删除掉，显示提示符delete；5. 写入键是把显示在液晶上的数字送入eeprom储存起来；显示提示符writing6. 读出键是把储存在eeprom内的数据读出来并显示在液晶上，显示提示符readingat24c02存储器中已经存入了上面输入的数值，其结果如下：(七) 设计体会 由于c语言是近年在国内外得到迅速推广应用的一种语言。c语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便，应用面广，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点。通过这次的c语言程序设计更加了解了c语言的好处和其可用性！在这次课程设计中也知道了自己的动手能力不强有待进一部的提高！在设计过程中不能够把书本上的知识与实践相结合，这也就增加了设计不好该程序的想法！在设计过程中的一次次设计错误增加了我放弃的想法！不过经过大家的努力终于完成了课程设计！完成该程序后想起自己以前的每一次对自己失去信心，就觉得并不是在知识掌握上打败了，而是自己对自己缺乏信心！只要自己对自己不失去信心相信就可以完成那些以前认为完成不了的事情！也让我懂得了要想成功首先就必须有很强的自信心！懂得了自己以后要在做任何事情时都要自信！当自己都不相信自己能够成功时还可能会获得成功吗？ 在c语言程序设计的过程中也知道了自己在以前的学习中有很大的不足导致在设计过程中出现了很多的问题，有些地方看不懂也不知道怎么去设计，但是在设计过程中也学习了很多，掌握了自己以前没有学好的知识，虽然一时可以掌握完以前没有学好的知识，不过也给自己敲响了警钟，在学习中不可以伏于表面，要想学好每一门课程都要踏踏实实，做什么都不是给别人看的！都是要更好的掌握该门知识，提高自己的自身的修养，提高自己的能力！为以后的工作打下良好的知识基础和技能基础！(八) 源程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar table132; uchar code table= 0123456789;/将键盘的输入数定义为字符数组 uchar code table2=writing;/写入eeprom功能提示字符数组 uchar code table3=reading;/读出eeprom功能提示字符数组 uchar code table4=delete ;/删除字符功能提示字符数组 uchar code table5=welcome;/起始欢迎字符数组 sbit lcden=p21;/1602液晶使能端定义 sbit lcdrs=p20;/1602液晶片选端定义 sbit lcdrw=p22;/1602液晶读写端定义 sbit sda=p31;/数据线端定义 sbit scl=p30;/时钟线端定义 bit flagnum=0,flagon=0,flagoff=0,flagwriting=0,flagreading=0;/各按键标识位定义 uchar num,keynum=0,k,p;/ void delay(uint ms)/延时程序 uint i,j; for(i=ms;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void delay1()/专门为iic总线设计的延时程序;void start()/iic启动信号sda=1;delay1();scl=1;sda=0;delay1();void stop()/停止信号sda=0;delay1();scl=1;delay1();sda=1;delay1();void respons()/应答信号uchar i;scl=1;delay1();while(sda=1)&(i250)i+;scl=0;delay1();void init_iic()/总线初始化sda=1;delay1();scl=1;delay1();void write_byte(uchar num0)/向eeprom写一个字节uchar i,temp;temp=num0;for(i=0;i8;i+)temp=temp1;scl=0;delay1();sda=cy;delay1();scl=1;delay1();scl=0;delay1();sda=1;delay1();uchar read_byte()/向eeprom读一个字节uchar i,k;scl=0;delay1();sda=1;delay1();for(i=0;i8;i+)scl=1;delay1();k=(k1)|sda;scl=0;delay1();return k;void write_add(uchar address,uchar date)/将数据写在eeprom特定地址start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(address);respons();write_byte(date);respons();stop();uchar read_add(uchar address)/从eeprom特定地址读数据uchar date;start();write_byte(0xa0);respons();write_byte(address);respons();start();write_byte(0xa1);respons();date=read_byte();stop();return date;void write_lcd_com(uint com)/向1602写命令 lcdrs=0; lcdrw=0; p0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;void write_lcd_date(uchar date)/向1602写数据lcdrs=1;lcdrw=0;p0=date;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void delete()/删除字符write_lcd_com(0x80+0x40+keynum-1);write_lcd_date( );void write()/向eeprom连续写人数据uchar i;for(i=0;ikeynum;i+)write_lcd_com(0x80+0x40+i);write_add(i,table1i);/将数据写入eeprom中，地址总是从第一个开始void read()/从eeprom连续读出数据uchar i,date;write_lcd_com(0x80+0x40);for(i=0;ikeynum;i+) date=read_add(i);/从eeprom读出一个字符送给datewrite_lcd_date(date);/将读出的字符date送到1602显示 void init_lcd()/1602初始化 write_lcd_com(0x38); write_lcd_com(0x06); write_lcd_com(0x01);void keyscan()/键盘扫描 uchar temp; p1=0xfe; temp=p1; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(5); if(temp!=0xf0) temp=p1; switch(temp) case 0xee: num=8; flagnum=1; break; case 0xde: num=9; flagnum=1; break; case 0xbe: num=10; 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