（十一）51单片机——用AT24C02实现存储秒表数据（附成果展示）_利用at24c02完成具有记忆功能的秒表发生器

目录

存储器

RAM

ROM

存储器简化模型

AT24C02介绍

 引脚及应用电路

 内部结构框图

I２C总线

I2C总线介绍

I2C电路规范

I2C时序结构

起始条件

终止条件

发送一个字节 

接受一个字节 

发送应答 

接收应答

I2C数据帧

AT24C02数据帧

字节写

随机读

代码部分

遇到的问题 

代码 

硬件

---

    

        今天我们来介绍一下AT24C02，首先呢，它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，在介绍AT24C02之前，我们先来介绍一下存储器！

存储器

        先来简单介绍一下RAM（随机存储器）以及ROM（只读存储器）的优缺点吧！

RAM

        RAM主要分为SRAM（静态RAM）和DRAM（动态RAM），SRAM主要用于电脑CPU以及我们的单片机CPU；而DRAM主要用在电脑内存条以及手机的运行内存，因为电容器会掉电，所以需要不断进行扫描。

ROM

        ROM主要分为Mask ROM（掩膜ROM），PROM（可编程ROM），EPROM（可擦除可编程ROM ），E2PROM （电可擦除可编程ROM ），这四个是一家的，还有Flash（闪存），硬盘、软盘、光盘等，其中Flash目前使用十分广泛，基本上打败了ROM一家。

存储器简化模型

        这个地方涉及到了数电的知识，稍后会出数电寄存器一章的笔记，目前我们只能简单的讲解一下。左边是地址总线，下面是数据总线，首先我们选择地址总线，比如像赋值１０００００００，相当于打开了第一行，之后选择连接的结点（之前都没有连接上），将其连上，Mask　ROM使用的方法是一个二极管（这么做的原因是防止电流经过上面的节点导致数据混乱），而PROM使用了两个二极管（一个二极管和保险丝），但是其中一个二极管（保险丝）比较容易击穿，当给高电压的时候，蓝色电容（保险丝熔断）击穿，实现数据写入。这也是我们“烧录”的由来，然后我们现在的就是属于给电之后会恢复，实现反复写入，具体是怎么样的，我们在稍后的数电笔记中进行详细的介绍。 

AT24C02介绍

          接下来我们来简单介绍一下AT24C02吧！ 

• 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：E2PROM
• 通讯接口：I2C总线
• 容量：256字节

 引脚及应用电路

 内部结构框图

接下来我们来简单的介绍一下内部结构，我们从每个部分进行讲解！

1. 第一个就是我们刚刚介绍的存储器简化模型那样，网状结构
2. 第二个是一个译码器，用于输入地址
3. 第三个是输入输出端，通过Y　DEC将数据输出
4. 第四个也是译码器，用来帮助MUX输出数据，然后就直接输出数据
5. 第五个是用来擦除数据用的
6. 第六个是用来设置地址的，里面有个寄存器是用来存储地址的，每写入和读出寄存器自动加一，读出不指定地址，默认拿出寄存器的地址
7. 第七个是开始结束逻辑
8. 第八个是一个地址比较器
9. 第九个是一个控制串行逻辑

I２C总线

终止条件

        终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平（相当于告诉大家我要停止了）

发送一个字节 

        发送一个字节：SCL低电平期间，主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

接受一个字节 

        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）

发送应答 

        发送应答(SA)：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（相当于一个回应）

接收应答

        接收应答(RA)：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） 

I2C数据帧

        I2C数据帧其实就是上面六个部分拼合在一起，把数据帧拆分开来看，就比较好理解了。

发送一帧数据 

        相当于老师在讲课，我们给老师回复

        相当于老师叫人回答问题 

像是一个完整的回答过程，老师提出问题，学生回答 

AT24C02数据帧

        AT24C02数据帧，其实不止这几个，但我们在这里就简单介绍一下这两种！

字节写

字节写：在WORD ADDRESS处写入数据DATA

随机读

随机读：读出在WORD ADDRESS处的数据DATA

        AT24C02的固定地址为1010，可配置地址本开发板上为000，所以SLAVE ADDRESS+W为0xA0，SLAVE ADDRESS+R为0xA1

代码部分

        这节内容的代码有一点点面向对象的思想，因为AT24C02的时序帧是根据I2C的六个时序结构拼接而成，所以AT24C02时序帧只需要将他们拼装起来，有点类似与接口和继承的味道，好了，我们先将代码给出！

// I2C.c
#include <REGX52.H>
// 在引脚部分介绍过了，SCL是P21，SDA是P20；
sbit I2C_SCL=P2^1;
sbit I2C_SDA=P2^0;
 
// 单片机比较慢无需delay，这个就是按照时序图来的，按图来就行
/**
  * @brief  I2C开始
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Start(void)
{
	// 可以理解为初始化，确保一定为高电平
	I2C_SDA = 1;
	I2C_SCL = 1;
	// 按照时序图可得，先SDA为0，再SCL为0
	I2C_SDA = 0;
	I2C_SCL = 0;
}
 
/**
  * @brief  I2C停止
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Stop(void)
{
	I2C_SDA = 0;
	I2C_SCL = 1;
	I2C_SDA = 1;
}
 
/**
  * @brief  I2C发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void I2C_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i = 0;i < 8;i++){
		I2C_SDA = Byte & (0x80 >> i);
		I2C_SCL = 1;
		I2C_SCL = 0;
	}
}
 
/**
  * @brief  I2C接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收到的一个字节数据
  */
unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i,Byte = 0x00;
	// 释放SDA
	I2C_SDA = 1;
	
	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		I2C_SCL=1;
		if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}
		I2C_SCL=0;
	}
	return Byte;
}
 
/**
  * @brief  I2C发送应答
  * @param  AckBit 应答位，0为应答，1为非应答
  * @retval 无
  */
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{
	I2C_SDA = AckBit;
	I2C_SCL = 1;
	I2C_SCL = 0;
}
 
/**
  * @brief  I2C接收应答位
  * @param  无
  * @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答
  */
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
	unsigned char AckBit;
	// 释放SDA
	I2C_SDA = 1;
	I2C_SCL = 1;
	AckBit = I2C_SDA;
	I2C_SCL = 0;
	return AckBit;
}

---

// AT24C02.c
#include <REGX52.H>
#include "I2C.h"
 
// SLAVE ADDRESS+W为0xA0，SLAVE ADDRESS+R为0xA1
#define AT24C02_ADDRESS_READ		0xA0
#define AT24C02_ADDRESS_WRITE		0xA1
 
/**
  * @brief  AT24C02写入一个字节
  * @param  WordAddress 要写入字节的地址
  * @param  Data 要写入的数据
  * @retval 无
  */
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)
{
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS_READ);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(Data);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Stop();
}
 
/**
  * @brief  AT24C02读取一个字节
  * @param  WordAddress 要读出字节的地址
  * @retval 读出的数据
  */
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress)
{
	unsigned char Data;
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS_READ);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Start();
	// 读地址
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS_WRITE);
	I2C_ReceiveAck();
	Data=I2C_ReceiveByte();
	I2C_SendAck(1);
	I2C_Stop();
	return Data;
}

---

接下来我们使用这些代码实现一个数据储存器，代码如下所示：

//main.c
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Key.h"
#include "Delay.h"
#include "AT24C02.h"
 
void main(){
	unsigned char KeyNum;
	unsigned int Num;
	LCD_Init();
	LCD_ShowNum(1,1,0,5);
	while(1){
		KeyNum = Key();
		if(KeyNum == 1)
		{
			Num++;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
		}
		if(KeyNum == 2)
		{
			Num--;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
		}
		if(KeyNum == 3)
		{
			AT24C02_WriteByte(0,Num%256);// 取低八位
			Delay(5);// 因为读周期为5毫秒，如果不延时，将读不出结果
			AT24C02_WriteByte(1,Num/256);// 取高八位
			Delay(5);
			LCD_ShowString(2,1,"Write OK");
			Delay(1000);
			LCD_ShowString(2,1,"          ");
		}
		if(KeyNum == 4)
		{
			Num = AT24C02_ReadByte(0);// 读低八位
			Num |= AT24C02_ReadByte(1) << 8;// 读高八位
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
			LCD_ShowString(2,1,"Read OK");
			Delay(1000);
			LCD_ShowString(2,1,"          ");
 
		}
	}
}

运行效果如下所示：

---

        接下来，我们将会改进之前动态数码管的实现，使用定时器来扫描，然后实现一个具有记忆功能的秒表。

思路 

        我们使用定时器来扫描按键以及数码管，所以按键以及数码管都需要用到定时器的功能，具体内容如下所示：

        但我们只有一个中断函数，这样很容易出错，而且不能达到目的，并且代码耦合性过高，所以我们采用另一种方式，如下所示。就是将定时函数放到主函数里面去，再每隔一段时间调用各个部分的函数以达到目的，好了，接下来我们看看代码是如何实现的吧！

//Nixie.c
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
 
// 存放数码管显示缓存区
unsigned char Nixie_Buf[9] = {0, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10};
/**
  * @brief  设置显示缓存区
  * @param  Location 要设置的位置，范围：1~8
  * @param  Number 要设置的数字，范围：段码表索引范围
  * @retval 无
  */
void  Nixie_SetBuf(unsigned char Location, unsigned char Number)
{
	Nixie_Buf[Location] = Number;
}
 
/**
  * @brief  数码管扫描显示
  * @param  Location 要显示的位置，范围：1~8
  * @param  Number 要显示的数字，范围：段码表索引范围
  * @retval 无
  */
 
void Nixie_Scan(unsigned char Location, unsigned char Number)
{
	unsigned char NixieTable[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x00,0x40};
	P0 = 0x00;//段码清0，消影
	switch(Location)//位码输出
	{
		case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;
		case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;
		case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;
		case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;
		case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;
		case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;
		case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;
		case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;
	}
	P0 = NixieTable[Number];//段码输出
}
// 数码管扫描
void Nixie_Loop(void)
{
	static unsigned char i = 1;
	Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]);
	i++;
	if(i>=9){i = 1;}
}

---

//Key.c
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
 
unsigned char Key_KeyNumber;
/**
  * @brief  获取独立按键键码
  * @param  无
  * @retval 按下按键的键码，范围：0~4，无按键按下时返回值为0
  */
unsigned char Key_GetState()
{
	unsigned char KeyNumber=0;
	
	if(P3_1==0){KeyNumber=1;}
	if(P3_0==0){KeyNumber=2;}
	if(P3_2==0){KeyNumber=3;}
	if(P3_3==0){KeyNumber=4;}
	
	return KeyNumber;
}
// 循环调用函数，用来判断哪个键被按下
void Key_Loop(void)
{
	static unsigned char NowState, LastState;
	LastState = NowState;
	NowState = Key_GetState();
	// 上一次按键1被按下，然后按键松开，完成一次按键识别
	if(LastState == 1 && NowState == 0)
	{
		Key_KeyNumber = 1;
	}
	if(LastState == 2 && NowState == 0)
	{
		Key_KeyNumber = 2;
	}
	if(LastState == 3 && NowState == 0)
	{
		Key_KeyNumber = 3;
	}
	if(LastState == 4 && NowState == 0)
	{
		Key_KeyNumber = 4;
	}
}
unsigned char Key(void){
	unsigned char Temp = 0;
	Temp = Key_KeyNumber;
	// 将Key_KeyNumber置0，因为Key_KeyNumber不会刷新
	Key_KeyNumber = 0;
	return Temp;
}

---

//main.c
#include <REGX52.H>
#include "Time0.h"
#include "Key.h"
#include "Nixie.h"
#include "Delay.h"
#include "AT24C02.h"
 
unsigned char KeyNum,Min, Sec, MiniSec,RunFlag;
 
void main(){
	Timer0_Init();
	while(1){
		KeyNum = Key();
		if(KeyNum == 1)//K1按键按下
		{
				RunFlag =!RunFlag;//启动标志位翻转
		}
		if(KeyNum == 2)//K2按键按下
		{
			//分秒清0
				Min = 0;
			Sec = 0;
			MiniSec = 0;
		}
		if(KeyNum == 3)//K3按键按下
		{
			//将分秒写入AT24C02
				AT24C02_WriteByte(0,Min);
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(1,Sec);
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(2,MiniSec);
			Delay(5);
		}
		if(KeyNum == 4)//K4按键按下
		{
			//读出AT24C02数据
				Min = AT24C02_ReadByte(0);
				Sec = AT24C02_ReadByte(1);
				MiniSec = AT24C02_ReadByte(2);
		}
		//设置显示缓存，显示数据
			Nixie_SetBuf(1,Min/10);
			Nixie_SetBuf(2,Min%10);
			Nixie_SetBuf(3,11);
			Nixie_SetBuf(4,Sec/10);
			Nixie_SetBuf(5,Sec%10);
			Nixie_SetBuf(6,11);
			Nixie_SetBuf(7,MiniSec/10);
			Nixie_SetBuf(8,MiniSec%10);
 
	}
}
 
void Sec_Loop(void)
{
	if(RunFlag){
	MiniSec++;
	if(MiniSec >= 100)
	{
		MiniSec = 0;
		Sec++;
		if(Sec>=60)
		{
			Sec = 0;
			Min++;
			if(Min>=60)
			{
				Min = 0;
			}
		}
	}
}
}
 
 
// 定时函数里面的函数千万不能有延时，因为每一毫秒都要进来一次，会卡住
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count,T0Count1,T0Count2;
	TL0 = 0x66;		//设置定时初始值
	TH0 = 0xFC;	
	// 20ms一次按键扫描
	T0Count++;
	if(T0Count >= 20){
		T0Count = 0;		
		Key_Loop();
	}
	// 2ms一次数码管扫描
	T0Count1++;
	if(T0Count1 >= 2){
		T0Count1 = 0;		
		Nixie_Loop();
	}
	//10ms调用一次数秒表驱动函数
	T0Count2++;
	if(T0Count2 >= 10){
		T0Count2 = 0;		
		Sec_Loop();
	}
}

运行结果如下所示：

        好了，我们关于AT24C02的知识点就先介绍到这里，接下来还会继续分享关于51单片机的知识！

遇到的问题 

代码 

        编写程序的整个过程中，不小心在中途把Keil的一些启动文件给删了，然后花了一小时重新下载；而且因为这次涉及的模块比较多，而且采用了定时器扫描的思路，导致编写代码过程比较艰难，但不断调试和细心纠错，还是能慢慢找到问题的。 

硬件

        第一次使用单片机的时候就烧坏过CPU，然后点阵屏也出过问题，然后这次编写代码过程中LCD1602以及数码管也出了问题，一直没有办法，都准备换一个单片机了，最后移动了一下CPU，就恢复了，硬件出问题，真的太痛苦了。