AT24C02是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內含256×8位存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5 V）、擦寫次數多（大于10 000次）、寫入速度快（小于10 ms）、抗干擾能力強、數據不易丟失、體積小等特點。而且他是采用了I2C總線式進行數據讀寫的串行器件，占用很少的資源和I／O線，并且支持在線編程，進行數據實時的存取十分方便。

1 AT24C02的引腳功能

AT24C02引腳如圖1所示。

他的的1、2、3腳是3根地址線，用于確定芯片的硬件地址。第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳SDA為串行數據輸入／輸出，數據通過這根雙向I2C總線串行傳送。第6腳SCL為串行時鐘，SDA和SCL為漏極開路端，在實際的應用當中都需要和正電源間各接一個5.1 kΩ的電阻上拉。第7腳為WP寫保護端，接地時允許芯片執行一般的讀寫操作；接正電源時只允許對器件進行讀操作。

2 AT24C02的內部結構

圖2為AT24C02的內部結構圖。

啟動、停止邏輯單元 接收數據引腳SDA上的電平信號，判斷是否進行啟動和停止操作串行控制邏輯單元 根據SCL，SDA電平信號以及“啟動、停止邏輯”部件發出的各種信號進行區分，并排列出有關的“尋址”、“讀數據”和“寫數據”等邏輯，將他們傳送到相應的操作單元。例如：當操作命令為“尋址”時候，他將通知地址計數器加1，并啟動“地址比較”器進行工作。在“讀數據”時，他控制“Dout／確認邏輯”單元；在“寫數據”時候，他控制“高壓泵／定時”電路，以便向E2PROM電路提供編程所需要的高電壓。

地址／計數器單元 產生訪問E2PROM所需要的存儲單元的地址，并將其分別送到X譯碼器進行字選，送到Y譯碼器進行位選。

高壓泵／定時單元 由于E2PROM數據寫入時候需要向電路施加編程高電壓，為了解決單一電源電壓的供電問題，芯片生產廠家采用了電壓的片內提升電路。電壓的提升范圍一般可以達12～21.5 V。

Dout／確認邏輯單元 地址和數據均以8位二進制碼串行輸入／輸出。數據傳送時，每成功傳送一個字節數據后，接收器都必須產生一個應答信號。在第9個時鐘周期時將SDA線置于低電壓作為應答信號。

AT24C02中帶有的片內地址寄存器。每寫入或讀出一個數據字節后，該地址寄存器自動加1，以實現對下一個存儲單元的讀寫。所有字節均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時間，一次操作可寫入多達8個字節的數據。

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。他通過SDA（串行數據線）及SCL（串行時鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據地址識別每個器件。 AT24C02正是運用了I2C規程，使用主／從機雙向通信，主機（通常為單片機）和從機（AT24C02）均可工作于接收器和發送器狀態。主機產生串行時鐘信號（通過SCL引腳）并發出控制字，控制總線的傳送方向，并產生開始和停止的條件。無論是主機還是從機，接收到一個字節后必須發出一個確認信號ACK。

AT24C02的控制字由8位二進制數構成，在開始信號發出以后，主機便會發出控制字，以選擇從機并控制總線傳送的方向。控制字各位的具體作用見表1。

由上表可知，控制字的高4位為AT24C02的識別位，是不能更改的；而第A0，A1，A2片選位，最后是一位是讀寫控制位，當其為1時，進行的是讀操作，反之將要進行的是寫操作。

3 AT24C02的讀寫操作

3.1 開始位、停止位和確認位的編程

總線SCL和SDA一般由上拉電阻拉為高電平，只有在SCL為低電平的周期內，SDA引腳上的數據才有效。而當SCL為高電平期間SDA引腳上產生的電平變化則表示I2C總線工作的“開始”或“停止”兩種狀態：當SCL為高平時，SDA由高電平轉向低電平時表示“開始”狀態，而由低電平轉向高電平時表示“停止”狀態，其時序如圖3所示。

由時序圖可以編寫由主機發給AT24C02的開始信號和停止信號的KEIL C語言函數如下：

同時，AT24C02與主機進行信息交換，還需要另外一個“確認信號（ACK）”的狀態。I2C總線數據傳送時，每成功地傳送一個字節數據后，AT24C02都必須產生一個應答信號，應答的器件在第9個時鐘周期時將SDA線拉低，表示其已收到一個8位數據。AT24C02在接收到起始信號和與之匹配的地址之后就會響應第一個應答信號；如果AT24C02被設置為寫操作，則每接收一個字節之后響應一個應答信號；當AT24C02被設置在讀模式時，則在發送一個字節的數據后會釋放SDA線，并監視主機發過來的應答信號，一旦接收到應答信號，AT24C02繼續發送數據，如主機沒有發送應答信號，AT24C02將停止傳送數據并等待一個停止信號，此時主機必須發送一個停止信號給AT24C02，使其進入備用電源模式并使AT24C02處于已知的狀態。由此可見，應答信號在AT24C02的讀寫工作中經常用到，根據圖4應答信號的時序圖。

可以編出一個檢驗是否有應答信號送來的操作函數如下：

3.2 寫操作

AT24C02允許有兩種寫操作方式：字節寫和頁寫。

3.2.1 AT24C02字節寫操作。

其操作時序如圖5所示。在字節寫模式下，主機發送開始命令和AT24C02地址信息（“R／W”位置0）給AT24C02，主機在收到AT24C02產生應答信號后發送1個字節地址寫入AT24C02的地址指針。主機在收到從器件的另一個應答信號后，再發送數據到被尋址的存儲單元。AT24C02再次應答，并在主機產生停止信號后開始內部數據的擦寫。在內部擦寫過程中，AT24C02不再應答主機的任何請求。根據圖5則可以編寫出AT24C02的字節寫操作函數W1Byte如下：

3.2.2 AT24C02頁寫操作

AT24C02允許每次寫入8個字節的頁寫操作模式，頁寫操作和字節寫操作的時序差不多都相同，不同的是在于傳送了一字節數據后并不產生停止信號，主機被允許再發送7個額外的字節。每發送一個字節數據后，AT24C02產生一個應答位。如果在發送停止信號之前，主機發送超過8個字節，AT24C02內部地址計數器將自動翻轉，先前寫入的數據被覆蓋。接收主機發送的停止信號后，AT24C02啟動內部寫周期將數據寫到數據區。因此，可以編寫一個頁寫操作的函數如下：

3.3 讀操作

AT24C02的讀操作主要有立即地址讀取、隨機地址讀取和順序地址存取3種。立即地址讀取方式由一個空字節序列來加載數據地址，當從機尋址碼和數據尋址碼隨鐘輸入，并被確認時，從機必須產生另一個開始狀態，通過發出一個確認讀取的信號之后，數據便隨時鐘串行輸出，數據的讀取不通過確認狀態應答，而是通過一個停止狀態來應答。其他兩種方式基本類似，只是不需要產生另一個開始狀態，而順序地址讀取時，讀出的是連續數據。讀操作的時序圖類似于圖4的寫操作時序，因此可編出讀一個字節的函數RlByte如下：

當然，對于AT2402的讀取往往不是只一個字節，更多的時候還是想一連幾個字節一起讀取，因此，可編出連續讀取N個字節的函數如下：

4 綜合應用舉例

以圖6所示硬件電路為例，調用上面所編寫的函數，將數據00H～07H送到AT24C02內部首地址為10H的地方存放，并將AT24C02內部以20H為首地址的連續8個字讀到AT89C51的內部RAM20H～27H存放。其主程序如下：

其實，AT24CXX系列的E2PROM芯片很多，但其編程不盡相同。由于C語言的編程要精準控制時間很不容易，因此往往有些工程人員碰到類似的I2C硬件結構，大多采用C語言與匯編語言混合編程的方法。經過一番實踐之后，覺得上述所編寫的函數幾乎可以用到所有I2C結構的硬件，只需要大家花一點時間調試下DELAY函數的時間就可以了。

責任編輯：gt