基于A T 24C 01 的存儲電路設計與應用

徐錦鋼 鄢 妍

（1.江西師范大學科學技術學院，江西 南昌 330032；2.江西機電職業技術學院，江西 南昌 330032）

0 引言

工程人員在從事電路設計工作時， 有時會提出數據存儲的功能需求， 此時在電路中就必須加入存儲器。 目前市面上的存儲芯片種類繁多， 比如NAND flash、NOR flash、EEPROM、磁盤等。 本文采用的存儲芯片AT24C01 屬于EEPROM 類型， 具有價格低廉、 功耗低、 易操作等優點， 特別適合存儲數據量不太大的場合，故本文選用AT24C01 作為電路的存儲芯片。

1 電路連接

圖1 電路連接圖

電路連接圖如圖1 所示， 主要包括AT89C52 單片機、AT24C01、1602 液晶屏和2 個10K 上拉電阻等元器件，系統上電后，每秒讓num 值加1,0-99 循環計數，通過仿真，從圖1 中可以看到在num 計到53 時，斷電再次上電，系統從53 開始加1 計數，說明斷電前的53已經順利寫入到了AT24C01 中， 再次上電時又順利地從AT24C01 中讀取了53， 說明在本文設計的電路中，存儲器讀寫正常，軟硬件設計正確，功能正常。

1.1 AT24C01 存儲芯片介紹及其與單片機的接口電路

AT24C01 是ATMEL 公司生產的一種EEPROM 型存儲芯片，可以電擦除，存儲容量為1024 位。也有其他容量的型號可供選擇， 比如AT24C02 的容量為2048 位。通過2 線制IIC 總線接口與單片機或其他MCU 進行數據傳輸，傳輸遵循IIC 通信協議標準。

下面闡述AT24C01 的電路連接問題：AT24C01 一共有8 個管腳，其中4 腳GND 接地；8 腳VCC 為電源端，接+5V。1、2、3 腳共同組成器件地址選擇端，本設計因為只使用了1 片AT24C01，所以將1、2、3 腳接地，表示本設計中的AT24C01 器件地址為0 號地址。 5 腳SDA和6 腳SCK 是1 組IIC 總線接口， 分別接至單片機的P2.4 和P2.5 腳，同時分別通過10K 電阻上拉，使得總線空閑時，SDA 和SCK 均明確為高電平。

1.2 IIC 串行總線介紹

1.2.1 IIC 總線的主要特點

IIC 總線是飛利浦推出的一種串行總線，具備多主機系統所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能。IIC 只有兩根雙向信號線： 數據線SDA 和時鐘線SCK，使得在設計時大大減少了硬件接口開銷。 每個連接到總線上的IIC 器件都有一個用于識別的器件地址編碼， 該地址由外部地址引線和內部硬件電路同時決定， 每個器件既可作為接收器， 也可作為發送器。 因此，IIC 總線上可以掛多個器件， 而每個器件都有唯一的地址， 這樣可以標識通信目標。 數據的通信的方式采用主從方式， 主機負責主動聯系從機， 而從機則被動回應數據。

1.2.2 IIC 總線的數據傳輸

（1）數據傳輸格式

每個字節須保證是8 位長度。數據傳輸時，先傳最高位， 每個被傳輸字節的最后都須跟隨一位應答位，即一幀數據共有9 位。

（2）數據幀格式

IIC 總線上傳輸的數據除了包括真正的數據信號，也包括地址信號。 在起始信號后面必須傳送一個從機地 址 （7 位）， 第8 位 是 數 據 的 傳 送 方 向 位 （接 收/發送），“1”表示接收數據，“0”表示發送數據。 數據傳送總是由主機產生的終止信號結束。 但是， 若主機希望繼續占用總線進行新的數據傳送， 則可以不產生終止信號，馬上再次發出起始信號對另一從機進行尋址。

（3）數據有效性

在SCL=1 期間， 數據線SDA 必須保持穩定；在SCL=0 時，數據線SDA 才允許改變。

（4）起始信號和終止信號

起始信號為： 在SCL=1 期間，SDA 出現下降沿;終止信號為：SCL=1 期間，SDA 出現上升沿， 并且保持的時間也做了限制。

（5）應答信號和非應答信號

主機往總線上發送一個字節的數據后，釋放總線，從機會把總線拉低(即產生應答信號)，以表示這一字節發送成功。 同理主機從總線上讀取完一個字節的數據后， 主機會把總線拉低， 通知從機該字節的數據接收成功。

（6）器件地址

對 于AT24C01， 由 于 在 本 設 計 中，A2、A1、A0 已 固定接低電平，即000，而高四位固定為1010，這7 位組成了器件地址。 最后一位R/W 是讀寫方向控制位，0為寫方向，1 為讀方向，所以本設計中的AT24C01 器件地 址 為： 讀 地 址 為 10100001， 即 0x91； 寫 地 址 為10100000，即0x90。

（7）寫操作

向AT24C01 的某個單元地址里寫一個字節的數據，其操作順序為:起始，寫器件地址，應答，寫單元地址，應答，寫數據，應答，終止。 單片機發送起始信號，然后發送1 個字節的控制字， 再發送1 個字節的AT24C01 單元地址， 在發出這些字節都得到AT24C01應答后， 單片機接著發送8 位數據， 最后發送1 位停止信號， 這樣1 個字節數據被寫入了AT24C01 的指定單元中。

（8）讀操作

從AT24C01 某個指定單元地址讀取數據， 其操作順序為:起始，寫器件地址+0(下一個字節為寫)，應答，寫單元地址，應答，起始，寫器件地址+1(下一個字節為讀取)，讀取數據，終止。 單片機在起始信號后先發送含片選地址的寫操作控制字，AT24C01 應答后再發送1 個字節的指定單元地址，AT24C01 應答后再發送1個含有片選地址的讀操作控制字， 此時如果AT24C01做出應答，該指定單元的數據就會被讀出[1]。

2 程序編寫

讀操作和寫操作是AT24C01 最關鍵的兩個操作，根據上文中對讀字節和寫字節操作時序的分析， 本文編寫了完整的AT24C01 讀、寫操作函數，如下文所述。

2.1 AT24C01 寫操作函數

void write_byte(uchar date)//寫1 個字節數據

2.2 AT24C01 讀字節操作函數

uchar read_byte()//讀1 個字節數據

3 結束語

本文闡述了基于單片機的AT24C01 數據讀寫操作方法，描述了AT24C01 的特點、讀寫操作時序，編寫了完整的AT24C01 讀寫操作程序代碼。 通過AT24C01 存儲器的軟硬件設計和仿真， 為以后在電路設計領域中進行更為深入的研究打下了基礎。