单片机实验指导书

试用8255PA口作为输出口，PB作为输入口，PC作为输入口完成8255的输入、输出实验（其中PA口接LED数码显示，PB接拨断开关，PC接查询式键盘实验模块）。

六、电路原理图图

单片机实验指导书

实验八 I2C总线实验

一、实验目的

1.了解I2C总线的标准及使用

2.掌握用I2C总线方式读写串行EEPROM 24C02的方法 3.熟悉24C02的芯片的功能 二、实验说明

1.串行EEPROM（24C02）接口方法

在新一代单片机中，无论总线型还是非总线型单片机，为了简化系统结构，提高系统的可靠性，都推出了芯片间的串行数据传输技术，设置了芯片间的串行传输接口或串行总线。串行总线扩展接线灵活，极易形成用户的模块化结构，同时将大大简化其系统结构。串行器件不仅占用很少的资源和I/O线，而且体积大大缩小，同时还具有工作电压宽，抗干扰能力强，功耗低，资料不宜丢失和支持在线编程等特点。目前，各式各样的串行接口器件层出不穷，如：串行EEPROM，串行ADC/DAC，串行时钟芯片，串行数字电位器，串行微处理器监控芯片，串行温度传感器等等。

串行EEPROM是在各种串行器件应用中使用较频繁的器件，和并行EEPROM相比，串行EEPROM的资料传送的速度较低，但是其体积较小，容量小，所含的引脚也较少。所以，它特别适合于需要存放非挥发资料，要求速度不高，引脚少的单片机的应用。

2.串行EEPROM及其工作原理

串行EEPROM中，较为典型的有ATMEL公司的AT24CXX系列以及该公司生产的AT93CXX系列，较为著名的半导体厂家，包括Microchip，国家半导体厂家等，都有AT93CXX系列EEPROM产品。

AT24CXX系列的串行电可改写及可编程只读存储器EEPROM有10种型号，其中典型的型号有AT24C01A/02/04/08/16等5种，它们的存储容量分别是1024/2048/4096/8192/16384位，也就是128/256/512/1 024/2048字节。这个系列一般用于低电压，低功耗的工业和商业用途，并且可以组成优化的系统。信息存取采用2线串行接口。这里我们就24C02的结构特点，其它系列比较类似。

3.结构原理及引脚

AT24C02有地址线A0～A2，串行时钟引脚SDA，串行时钟输入引脚SCL，写保护引脚WP等引脚。很明显，其引脚较少，对组成的应用系统可以减少布线，提高可靠性。

各引脚的功能和意义如下： ① VCC引脚，电源+5V。

② GND引脚，地线。

③ SCL引脚，串行时钟输入端。在时钟的正跳沿即上升沿时把EEPROM；在时钟的负跳沿即下降沿时把数据从EEPROM中读出来。 ④ SDA引脚，串行数据I/O端，用于输入和输出串行数据。这极开路的埠，故可以组成“线或”结构。

时钟写入个引脚是漏

⑤ A0,A1,A2引脚，是芯片地址引脚。在型号不同时意义有些不同，但都要接固定电平。

⑥ WP引脚，写保护端。这个端提供了硬件数据保护。当把WP接地时，允许芯片执行一般读写操作；当把WP接VCC时，则对芯片实施写保护。

4.内存的组织及运行

内存的组织：对于不同的型号，内存的组织不一样，其关键原因在于内存容量存在差异。对于AT24CXX系列的EEPROM，其典型型号的内存组织如下。

AT24C01A：内部含有128个字节，故需要7位地址对其内部字节进行寻址 AT24C02：内部含有256个字节，故需要8位地址对其内部字节进行读写。 5.运行方式

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起始状态：当SCL为高电平时，SDA由高电平变到低电平则处于起始状态。起始状态应处于任何其它命令之前。

停止状态：当SCL处于高电平时，SDA从低电平变到高电平则处于停止状态。在执行完读序列信号之后，停止命令将把EEPROM置于低功耗的备用方式(Standby Mode).

应答信号：应答信号是由接受资料的器件发出的。当EEPROM接受完一个写入资料之后，会在SDA上发一个”0”应答信号。反之，当单片机接受完来自EEPROM的资料后，单片机也应向SDA发ACK信号。ACK信号在第9个时钟周期时出现。

备用方式(Standby Mode)：AT24C01A/02/04/08/16都具有备用方式，以保证在没有读写操作时芯片处于低功耗状态。在下面两种情况中，EEPROM都会进入备用方式：第一，芯片通电的时候；第二，在接到停止位和完成了任何内部操作之后。

AT24C01等5种典型的EEPROM在进入起始状态之后，需要一个8位的“器件地址字”去启动内存进行读或写操作。在写操作中，它们有“字节写”，“页面写”两种不同的写入方法。在读操作中，有“现行地址读”，随机读和“顺序读”种各具特点的读出方法。下面分别介绍器件寻址，写操作和读操作。

① 器件寻址：所谓器件寻址(Device Addressing)就是用一个8位的器件地址字(Device Address Word)去选择内存芯片。在逻辑电路中的AT24CXX系列的5种芯片种，即AT24C01A/02/04/08/16中，如果和器件地址字相比较结果一致，则读芯片被选中。下面对器件寻址的过程和意义加以说明。

② 芯片的操作地址

用于内存EEPROM芯片寻址的器件地址字如图所示。它有4种方式，分别对应于1K/2K,4K,8K和16K位的EEPROM芯片。

从图中看出：器件地址字含有3个部分。第一部分是高4位，它们称为EEPROM AT24C01A/02/04/08/16的标识第二部分称为硬布线地址，它们是标识后的3位。第三部分是最低位，它是读/写操作选择位。

第一部分：器件标识，器件地址字的最高4位。这4位的内容恒为”1010”，用于标识EEPROM器件AT24C01A/02/04/08/16。

第二部分：硬布线地址，是与器件地址字的最高4位相接的低3位。硬布线地址的3位有2种符号：Ai(i=0～2),Pj(j=0～2)其中Ai表示外部硬布线地址位。

对于AT24C10A/02这两种1K/2K位的EEPROM芯片，硬布线地址为“A2,A1,A0”。在应用时，“A2,A1,A0”的内容必须和EEPROM芯片的A2,A1,A0的硬布线情况，即逻辑连接情况相比较，如果一样，则芯片被选中；否则，不选中。AT24C01/02:真正地址=字地址。

第三部分：读/写选择位，器件地址字的最低位，并用R/W表示。当R/W=1时，执行读操作；当R/W=0时，执行写操作。

当EEPROM芯片被选中时，则输出“0”；如果EEPROM芯片没有被选中，则它回到备用方式。被选中的芯片。其以后的输入，输出情况视写入和读出的内容而定。

③ 写操作：AT24C01A/02/04/08/16这5种EEPROM芯片的写操作有2种：一种是字节写，另一种是页面写。

字节写：

这种写方式只执行1个字节的写入。字节写的过程如图所示，其写入过程分外部写和内部写两部分，分别说明如下。

在起始状态中，首先写入8位的器件地址。则EEPROM芯片会产生一个“0”信号ACK输出作为应答；接着，写入8位的字地址，在接受了字地址之后，EEPROM芯片又产生一个“0”应答信号ACK；随后，写入8位资料，在接受了资料之后，芯片又产生一个“0”信号ACK作为应答。到此为止，完成了一个字节