基于A T 24C 01 的存储电路设计与应用

徐锦钢 鄢 妍

（1.江西师范大学科学技术学院，江西 南昌 330032；2.江西机电职业技术学院，江西 南昌 330032）

0 引言

工程人员在从事电路设计工作时， 有时会提出数据存储的功能需求， 此时在电路中就必须加入存储器。 目前市面上的存储芯片种类繁多， 比如NAND flash、NOR flash、EEPROM、磁盘等。 本文采用的存储芯片AT24C01 属于EEPROM 类型， 具有价格低廉、 功耗低、 易操作等优点， 特别适合存储数据量不太大的场合，故本文选用AT24C01 作为电路的存储芯片。

1 电路连接

图1 电路连接图

电路连接图如图1 所示， 主要包括AT89C52 单片机、AT24C01、1602 液晶屏和2 个10K 上拉电阻等元器件，系统上电后，每秒让num 值加1,0-99 循环计数，通过仿真，从图1 中可以看到在num 计到53 时，断电再次上电，系统从53 开始加1 计数，说明断电前的53已经顺利写入到了AT24C01 中， 再次上电时又顺利地从AT24C01 中读取了53， 说明在本文设计的电路中，存储器读写正常，软硬件设计正确，功能正常。

1.1 AT24C01 存储芯片介绍及其与单片机的接口电路

AT24C01 是ATMEL 公司生产的一种EEPROM 型存储芯片，可以电擦除，存储容量为1024 位。也有其他容量的型号可供选择， 比如AT24C02 的容量为2048 位。通过2 线制IIC 总线接口与单片机或其他MCU 进行数据传输，传输遵循IIC 通信协议标准。

下面阐述AT24C01 的电路连接问题：AT24C01 一共有8 个管脚，其中4 脚GND 接地；8 脚VCC 为电源端，接+5V。1、2、3 脚共同组成器件地址选择端，本设计因为只使用了1 片AT24C01，所以将1、2、3 脚接地，表示本设计中的AT24C01 器件地址为0 号地址。 5 脚SDA和6 脚SCK 是1 组IIC 总线接口， 分别接至单片机的P2.4 和P2.5 脚，同时分别通过10K 电阻上拉，使得总线空闲时，SDA 和SCK 均明确为高电平。

1.2 IIC 串行总线介绍

1.2.1 IIC 总线的主要特点

IIC 总线是飞利浦推出的一种串行总线，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。IIC 只有两根双向信号线： 数据线SDA 和时钟线SCK，使得在设计时大大减少了硬件接口开销。 每个连接到总线上的IIC 器件都有一个用于识别的器件地址编码， 该地址由外部地址引线和内部硬件电路同时决定， 每个器件既可作为接收器， 也可作为发送器。 因此，IIC 总线上可以挂多个器件， 而每个器件都有唯一的地址， 这样可以标识通信目标。 数据的通信的方式采用主从方式， 主机负责主动联系从机， 而从机则被动回应数据。

1.2.2 IIC 总线的数据传输

（1）数据传输格式

每个字节须保证是8 位长度。数据传输时，先传最高位， 每个被传输字节的最后都须跟随一位应答位，即一帧数据共有9 位。

（2）数据帧格式

IIC 总线上传输的数据除了包括真正的数据信号，也包括地址信号。 在起始信号后面必须传送一个从机地 址 （7 位）， 第8 位 是 数 据 的 传 送 方 向 位 （接 收/发送），“1”表示接收数据，“0”表示发送数据。 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。

（3）数据有效性

在SCL=1 期间， 数据线SDA 必须保持稳定；在SCL=0 时，数据线SDA 才允许改变。

（4）起始信号和终止信号

起始信号为： 在SCL=1 期间，SDA 出现下降沿;终止信号为：SCL=1 期间，SDA 出现上升沿， 并且保持的时间也做了限制。

（5）应答信号和非应答信号

主机往总线上发送一个字节的数据后，释放总线，从机会把总线拉低(即产生应答信号)，以表示这一字节发送成功。 同理主机从总线上读取完一个字节的数据后， 主机会把总线拉低， 通知从机该字节的数据接收成功。

（6）器件地址

对 于AT24C01， 由 于 在 本 设 计 中，A2、A1、A0 已 固定接低电平，即000，而高四位固定为1010，这7 位组成了器件地址。 最后一位R/W 是读写方向控制位，0为写方向，1 为读方向，所以本设计中的AT24C01 器件地 址 为： 读 地 址 为 10100001， 即 0x91； 写 地 址 为10100000，即0x90。

（7）写操作

向AT24C01 的某个单元地址里写一个字节的数据，其操作顺序为:起始，写器件地址，应答，写单元地址，应答，写数据，应答，终止。 单片机发送起始信号，然后发送1 个字节的控制字， 再发送1 个字节的AT24C01 单元地址， 在发出这些字节都得到AT24C01应答后， 单片机接着发送8 位数据， 最后发送1 位停止信号， 这样1 个字节数据被写入了AT24C01 的指定单元中。

（8）读操作

从AT24C01 某个指定单元地址读取数据， 其操作顺序为:起始，写器件地址+0(下一个字节为写)，应答，写单元地址，应答，起始，写器件地址+1(下一个字节为读取)，读取数据，终止。 单片机在起始信号后先发送含片选地址的写操作控制字，AT24C01 应答后再发送1 个字节的指定单元地址，AT24C01 应答后再发送1个含有片选地址的读操作控制字， 此时如果AT24C01做出应答，该指定单元的数据就会被读出[1]。

2 程序编写

读操作和写操作是AT24C01 最关键的两个操作，根据上文中对读字节和写字节操作时序的分析， 本文编写了完整的AT24C01 读、写操作函数，如下文所述。

2.1 AT24C01 写操作函数

void write_byte(uchar date)//写1 个字节数据

2.2 AT24C01 读字节操作函数

uchar read_byte()//读1 个字节数据

3 结束语

本文阐述了基于单片机的AT24C01 数据读写操作方法，描述了AT24C01 的特点、读写操作时序，编写了完整的AT24C01 读写操作程序代码。 通过AT24C01 存储器的软硬件设计和仿真， 为以后在电路设计领域中进行更为深入的研究打下了基础。