AT24C02、04、08、16 操作说明

我们这里介绍一下常见的EEPROM，ATMEL的AT24x系列中的AT24C02，学会了这个芯片，其他系列的芯片也是类似的。

AT24C02的存储容量为2K bit，内容分成32页，每页8Byte (共256Byte)。

基础概念：

存储容量：存储的总数据量
页：储存单元的组织方式
寻址方式：访问元器件的方式，通常计算地址与这个概念有关。

寻址方式

操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。

芯片寻址

AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W。

其中A2，A1，A0代表"可编程地址选择位"。A2，A1，A0引脚接高/低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。

R/W为芯片读写控制位；该位为0，表示芯片进行写操作。取决于芯片手册中的定义，通常，W是低电平有效（0）。

有些大容量的芯片，地址组成位包括了P0、P1等选择位；而这些选择位实际上是"页选择位"，用来表示内部地址（如下）。但是实际上原理是类似的。

片内子地址寻址

芯片寻址可对内部 256 Bytes中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

该类器件要通过I2C总线操作，读写过程中都要先寻址，这类器件地址由两个字节组成。

如下表，1010是固定的，A表示器件地址，可以拉高和拉低，I2C总线上可以并接2的n次方个器件。P表示具体的内部地址数，比如at24c02共有256个字节，第二个地址字节完全可以满足，不用P。但是at24c04一个有512个字节，需要9位地址线，第一个字节中的p就表示地址线了，p=0表示低256字节，1表示高256字节。

注意：一般页写可以连续写8个数据。主机每发送一个字节都要接受从机的应答信号。

该类器件是采用I2C总线进行操作的，器件地址根据容量的不同稍有不同，如下：

对于芯片的A0，A1，A2脚：（外部引脚用于芯片寻址，当接入多个IIC设备时，通过引脚电平不同，可以对多个设备进行读写操作）

24C01/02：A0，A1，A2都是从设备地址。
24C04，A1，A2是从设备地址，A0变为P0
24C08，A2是从设备地址，A0，A1变为P0、P1
24C16及以上，只有P0、P1、P2

其中，A表示器件地址，P表示页地址

在读写的时候首先是：起始条件+器件地址

器件地址如上所示在16k中，需要两个字节表示内部地址，正是P 2/1/0 和8位具体的地址

AT24C02/04/08/16 操作说明

另外有关于容量的说明：

AT24C01：一共128页，每页1字节，共需7位地址数据
AT24C02：一共256页，每页1字节，共需8位地址数据
AT24C04：一共256页，每页2字节，共需9位地址数据
AT24C08：分4个块，一共256页，每页4字节，共需10位地址数据
AT24C16：分8块，一共256页，每页8字节，共需11位地址数据

在读写的时候要注意，一般在写的时候有页写，在读的时候是连续读，可以设置读取的个数，根据应答和非应答来结束读取。

具体的控制时序省略（关键在于：理解好地址和储存单元的计算关系，结合I2C的时序），只是需要注意：

在读取EEPROM的时候接收到多个数据时，如果不是最后一个数据，单片机要主动发出应答信号，但是接收到最后一个数据后，就不再主动应答，而是等待应答，然后结束条件。

大B与小b之间的换算：

我们常说的MB、KB中的B都是Bytes；但有一些储存芯片，它们是以Bit作为计量单位的；而有 8Bit = 1 Byte；

因此，小b除以8即可得到大B方式的表示方法。

读写操作时序

写数据

第一步：首先是I2C的起始信号，接着跟上首字节，即EEPROM的地址和读写位的组合，读写方向上选择“写”操作。

第二步：发送要写入数据的EEPROM内部存储地址。

第三步：发送要存储的数据第一个字节、第二个字节… …。

1、写数据(单片机发送)过程中，每个字节结束后EEPROM都会回应一个“应答位0”，告诉我们写EEPROM成功，如果没有应答表示未成功。

2、写数据过程中，每成功写入一个字节，EEPROM地址自动加1，当加到最大值，会溢出。

//函数见I2C部分
//向E2PROM中写入一个字节，addr为字节地址
void E2WriteByte(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
	I2CStart();
	I2CWrite(0x50<<1);//寻址后选择为写操作
	I2CWrite(addr);	  //写入存储地址
	I2CWrite(dat);
	I2CStop();
}

读数据

第一步：首先是I2C的起始信号，接着跟上首字节，即EEPROM的地址和读写位的组合，读写方向上选择“写”操作。

第二步：发送要读取的EEPROM内部存储地址。

第三步：重新发送I2C的起始信号和器件地址，并且在方向位选择“读”操作。
（在这三步中，每一个字节实际上都是在“写”，因此EEPROM都会回应一个“应答位0”。）

第四步：读取从器件发回的数据，每读一个字节，如果还想继续读下一个字节，就发送一个“应答位0”，如果不想继续读了，就发送一个“非应答位1”。

应答位： ACK

非应答位：NACK

//读取E2PROM中一个字节，addr为字节地址
unsigned cahr E2ReadByte(unsigned char addr)
{
	unsigned char dat;
	I2CStart();
	I2CWrite(0x50<<1);
	I2CWrite(addr);
	I2CStart();
	I2CWrite((0x50<<1)|0x01);
	dat=I2CReadNAK();
	I2CStop();
	return dat;
}

多字节进行读写操作

//读取函数，buf为数据指针，addr为E2中的起始地址，len为读取长度
void E2Read(unsigned char *buf,unsigned char addr,unsigned char len)
{
		do{
			I2CStart();
			if(I2CWrite(0x50<<1))
			{
				break;
			}
			I2CStop();
		}while(1);//查询当前是否可以进行读写操作
		I2CWrite(addr);
		I2CStart();
		I2CWrite((0x50<<1)|0x01);
		while(len>1)//连续读取len-1个字节
		{
		   *buf++=I2CReadACK();
		   len--;
		}
		*buf=I2CReadNAK();
		I2CStop();
}
//写入函数，buf为源数据指针，addr为起始地址，len为写入长度
void E2Write(unsigned char *buf,unsigned char addr,unsigned char len)
{
	while(len--)
	{
		do{
			I2CStart();
			if(I2CWrite(0x50<<1))
				break;
			I2CStop();
		} while(1);
		I2CWrite(addr++); 
		I2CWrite(*buf++);
		I2CStop();
	}
}

页写入功能

一次性写入一页，写完再发送停止位就不用写完一个字节就检测一次

连续向页内写入几个字节后，最后发送停止位
E2检测到停止位，将该页写入
如果数据跨页，则发送一个停止位等待E2空闲后，即上一页完全写入非易失区域后，进行下一页的写入

void E2Write(unsigned char *buf,unsigned char addr,unsigned char len)
{
	while(len>0)
	{
		do{
			I2CStart();
			if(I2CWrite(0x50<<1))
				break;
			I2CStop();
		} while(1);
		I2CWrite(addr); 
		while(len>0)
		{
			I2CWrite(*buf++);
			len--;
			addr++;
			if((addr&0x07)==0)//检查地址是否到达页边界，每页8字节，固检测第三位即可
				break;
		}
		I2CStop();
	}	
}

效率对比

多字节写入和页写入程序都编写出来了，而且页写入的程序我们还特地跨页写的数据，它们的写入时间到底差别多大呢。

我们用一些工具可以测量一下，比如示波器，逻辑分析仪等工具。

我现在把两次写入时间用逻辑分析仪给抓了出来，并且用时间标签 T1 和 T2 标注了开始位置和结束位置，如图所示，右侧显示的|T1-T2|就是最终写入 5 个字节所耗费的时间。

多字节一个一个写入，每次写入后都需要再次通信检测 EEPROM 是否在“忙”，因此耗费了大量的时间。

同样的写入 5 个字节的数据：

一个一个写入用了 8.4ms 左右的时间
使用页写入，只用了 3.5ms 左右的时间

多字节写入时间

跨页写入时间

附录：关于IIC-EEPROM页写问题

结论：无论从什么地址开始连续写，不能超过（跨过）一整页。

背景：

在向 EEPROM 连续写入多个字节的数据时，如果每写一个字节都要等待的话，整体上的写入效率就太低了。因此 EEPROM 的厂商就想了一个办法，把 EEPROM 分页管理。24C01、24C02 这两个型号是 8 个字节一个页，而 24C04、24C08、24C16 是 16 个字节一页。例如AT24C02，一共是 256 个字节，8 个字节一页，那么就一共有 32 页。

分配好页之后，如果我们在同一个页内连续写入几个字节后，最后再发送停止位的时序。EEPROM 检测到这个停止位后，就会一次性把这一页的数据写到非易失区域，就不需要像上节课那样写一个字节检测一次了，并且页写入的时间也不会超过 5ms。如果我们写入的数据跨页了，那么写完了一页之后，我们要发送一个停止位，然后等待并且检测 EEPROM 的空闲模式，一直等到把上一页数据完全写到非易失区域后，再进行下一页的写入，这样就可以在很大程度上提高数据的写入效率。

本质：页写的原理是通过内部写缓冲RAM实现的（读操作不需要，可以连续读）。

详解：

AT24CXX系列的EEPROM为了提高写效率，提供了页写功能。

内部有个一页大小的写缓冲RAM（地址范围也就是从00到页大小）。

发生写操作时，开始送入的地址对应的页被选中，并将其内容映像到缓冲RAM，数据从低端地址对应的缓冲RAM地址开始修改，超过这个地址范围就回到00。

写完后，就会把开始确定的EEPROM页擦除，再把一整页RAM数据写入。所有写数据都发生在开始写地址时确定的页上。

如，页容量为128，一页都是从00开始按128字节分成一个个的页；

此时，0页就是0_{7F，1页就是80}FF，类推，边界就是128字节的整数倍地址。

页RAM的地址范围为7位00~7F，写入时高端地址就是页号。

发生写操作，开始送入的地址对应的页被锁存，后续不论写多少，都在这个页中，只是一个页内的地址进行加一，超过就归零开始。从F0开始写32个字节，那么开始送入的地址为F0，就会锁定在1号页（第2个页）上，底端7位页内部地址开始从70H开始写，到达7F时回到00再到10H，也就是写在了F0_FF，808F。

也就是，从01开始写也只能到7F，再往80写就跑到00上去了，这就是写操作的翻卷，datasheet上都有说明。

就是从边界前写两个字节也要分两次写。页是绝对的，按整页大小排列，不是从开始写入的地址开始算。

读没有页的问题，可以从任意地址开始读取任意大小数据，只是超过整个存储器容量时地址才回卷。但一次性访问的数据长度也不要太大。

所以，使用分页的存储器进行储存时，要做好存储管理，尽量同时读写的数据放在一个页上。

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posted @ 2020-10-28 11:20 schips 阅读(10232) 评论(0) 编辑收藏举报

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黄树超

非典型嵌入式行业从业者；C/C++，Linux/Android