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有关储存器的介绍
存储器的简介
存储器简化模型
AT24C02介绍
AT24C02引脚及应用电路
I2C总线介绍
I2C电路规范
开漏输出模式和弱上拉模式
其中一个设备的内部结构
I2C通信是怎么实现的
I2C时序结构
起始条件和终止条件
发送一个字节
接收一个字节
发送应答…目录
有关储存器的介绍
存储器的简介
存储器简化模型
AT24C02介绍
AT24C02引脚及应用电路
I2C总线介绍
I2C电路规范
开漏输出模式和弱上拉模式
其中一个设备的内部结构
I2C通信是怎么实现的
I2C时序结构
起始条件和终止条件
发送一个字节
接收一个字节
发送应答和接收应答
I2C数据帧
发送一帧数据
接收一帧数据
先发送再接收数据帧复合格式 有关储存器的介绍
存储器的简介 RAM随机储存断电丢失数据存储比较快。
SRAM是最快的内部是锁存器D触发器用电路来储存数据一般用于电脑的CPU高速缓存。
DRAM利用电容的充放电以达到储存数据的目的充电就是高电平放完电之后就是低电平因为电容存在漏电现象要配一个扫描电路每隔一段时间就补电电脑中的内存条和手机里的运行内存是动态RAM。 ROM只读储存断电不丢失数据存储比较慢
Mask ROM不能写入只能读取
PROM升级版Mask ROM只能写入一次
EPROM三十分钟紫外线照射可擦除
E2PROM5V低压电即可擦除
以上四个ROM可以说是一个家族的。
Flash目前应用最广
硬盘C盘......应用磁相关的原理存储
软盘以前的A盘和B盘现在我们电脑上基本没有应用软盘了所以从C盘开始
光盘应用光信号存储数据 存储器简化模型 我们的存储器在内部实际上都是像一种网格的结构。
横向的线称为地址总线用来选中哪一根线就是我们的哪一个地址
纵向的线称为数据总线数据是从下面出来的。
那数据是怎么存的呢
比如说我们选中了第一行的地址总线我们给它加上一个高电平1其他的暂时都不接。然后先说一下这些网格的交错处是不连接的我们现在把交错的第一个节点、第二和第三个节点给连上其他的都不连。那我们现在读取一下下面这八位数据是怎样的呢
我们连上了那三个节点后数据就可以顺着前三根数据总线下来了它们下来是1第一行的其他交错节点都没连所以数据不能下来因此把它当做0。
这样我们第一行存的数据下来就是11100000其他种情况同理这样就可以存储不同的数据。 这就是存储器存储数据的最基本的原理。 我们就知道了如何在这里储存就是控制我们的节点短路和断路这一个过程。 Mask ROM的内部交错处结构是这样的 如果我们想要存储断开就是什么都不接它存的就是0
如果我们想要把它短路为了它们不相互干扰就可以接一个二极管二极管是单向的。当高电平过来的时候就可以通过但是想要从其他地方串过来就不行了。
厂家做Mask ROM的时候如果你告诉它需要存储某个数据他们就会连上哪一个节点这个电路一旦完成就相当于焊死了所以不能再改了所以早期的ROM只能读不能写。 之后出现了一种PROM它是升级版的Mask ROM只能写入一次。
它的内部交错处结构是这样的把每一个节点都做成这种形状 两根二极管头对头即使它过来也通不过去即使通过了第一个它也通不过第二个相当于一种断路。 但是这个蓝色的二极管有个特点就是容易被击穿。二极管有个特性就是它反向是截止的但是当反向电压超过一定数值之后它就会被击穿击穿之后它变成短路了这就是由断路变成短路的变成状态。 所以如果在这种结构的左边接一个高电压的时候比如说12V或者24V等等然后右边下面我们接一个0V接GND这时那个标为蓝色的二极管两端就承受了24V的高电压所以它就被击穿了。 揭穿之后就相当于变成这种结构相当于短路 因此我们可以一次选中相应击穿就得到我们想要的数据。二极管一旦被击穿之后烧毁不能恢复所以是一次性的所以只能写入一次。 所以我们平时说下载程序也可以说是“烧录程序”因为早期的确是烧录就是把里面的二极管烧毁。 早期的单片机有一个控制引脚它在编程的时候需要加一个高电压编程电压就是用来击毁里面的这个二极管。 这种情况击穿相当于短路不击穿相当于断路和保险丝比较像如果我们在这里都接上保险丝的话它就有一个特点就是它没有被烧断的时候是短路但是如果加上大电流这个保险丝就被烧断了烧断的时候就是断路这样也能控制我们的编程。
因此PROM有一种是二极管击穿型一种是保险丝型。 可以说之后发展出来的可重复多次写入的ROM就是利用一种可以让断路变成短路起死回生的材料或者原理方法实现了可逆性击毁比如可擦除的ROM。 因为在地址总线一次只能选中一行所以我们一般都会加一个译码器138译码器它可以把多位数据地址变成输入端只有一位被选中的输出端串行输入并行输出。 总而言之在译码器之前就是输出我们实际的地址下面就输出数据。 接下来是本节的主角
AT24C02介绍 AT24C02是一种可以实现掉电不丢失的存储器可用于保存单片机运行时想要永久保存的数据信息
存储介质E2PROM电可擦除可编程ROM
通讯接口I2C总线
容量256字节 AT24C02引脚及应用电路 只要接这个范围内的电压就可以工作1.8V-5.5V。
接WP的这个7号引脚直接接了GND所以这个芯片没有用到写保护功能如果需要这个功能的话可以将这个引脚接在IO口或者开关上。
A0A1A2是可以选择的接都到VCC或者接到GND这里全部接到GND代表这三个都是0。
SCL和SDA引出去分别接了一个4.7K的上拉电阻。 我们开发板的EEPROM模块的原理图 VSSGNDVDDVCCE0A0E1A1E2A2WE写使能低电平使能高电平保护这里SCL和SDA没有接上拉电阻因为我们单片机的每个IO口都已经接了一个上拉电阻。 这一部分是I2C协议规范所需要的 我们看一下EEPROM模块的内部框图 这一块都是和I2C接口协议有关的东西 我们现在讲的是下面标蓝色的这一块 然后这部分是用来数据擦除的部分 这个是地址寄存器 具体里面的电路是怎么工作的就不具体介绍了我们主要大概了解到这里是把I2C数据拿进来通过一些逻辑执行操作就可以了。 本节的重难点来了
I2C总线介绍 I2C总线Inter IC BUS是由Philips公司开发的一种通用数据总线
两根通信线SCLSerial Clock、SDASerial Data
同步因为有同步的时钟线SCL、半双工双向分时因为SDA只有一根线而且哟啊负责来回通信所以只能分时地复用一根线带数据应答在发送一个字节数据之后要求对方接收到数据之后给它一个应答判断是否发送成功所以I2C总线的检测应答的功能还是比较完备的而我们之前学习的串口就没有串口发出数据后没有检测应答弊端就是不知道对方在不在线
通用的I2C总线可以使各种设备的通信标准统一对于厂家来说使用成熟的方案可以缩短芯片设计周期、提高稳定性对于应用者来说使用通用的通信协议可以避免学习各种各样的自定义协议降低了学习和应用的难度 上图是常用的I2C设备 所有I2C设备的SCL连在一起SDA连在一起
设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式
SCL和SDA各添加一个上拉电阻阻值一般为4.7KΩ左右
开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”的功能此设计主要是为了解决多机通信互相干扰的问题 I2C电路规范 所有I2C设备的SCL连在一起SDA连在一起不像我们前几节学的串口UART通信的TXD和RXT要交叉连接
开漏输出模式和弱上拉模式
设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式单片机的IO口是弱上拉模式 开漏输出模式是因为高电平驱动能力弱相当于断开。 SCL和SDA各添加一个上拉电阻当有空闲设备不通信时可能会影响到正在通信的设备所以需要加上拉电阻使其空闲设备处于一个高阻态不是高电平也不是低电平的情况下这样空闲设备就会断路阻值一般为4.7KΩ左右
开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”有一个低电平就是低电平0的功能此设计主要是为了解决多机通信互相干扰的问题 我们知道如果CPU想要和其中一个设备通信的话那么最好的状态就是其他的设备不要影响它则其他设备相当于断开。CPU跟其中一个设备通信的时候其他引脚全部输出1相当于断开这样就不会干扰到CPU和它的通信了。因此用开漏模式就可以解决多机通信互相干扰的问题。 如果所有设备用弱上拉模式的话即使开关断开输出1还是有一个上拉电阻碍事虽然也不会有太大影响但是总归不太好。如果接多了上拉电阻电阻并联上拉能力肯定越来越强会干扰通信。所以所有设备都开漏那数字1就发送不出去。 所以我们在外面接两个电阻当所有设备都断开的时候这两个电阻充当上拉能力。CPU想发0的时候就把输出口拉到低电平。想发1的时候就松手不拉了输出口就会被外部的电阻自动拉到高电平。当其他设备没有进行通信的时候直接输出1对我们的电路没有干扰没有干扰是因为内部没有向外部输出输出的1是外部上拉提供的这里上拉电阻是将总线的拉成高电平当连接在总线上的任意一个设备输出低电平时总线被拉低就是输出了低电平。
其中一个设备的内部结构
这幅图是其中一个设备的内部结构 下面这个东西是一个输入的缓存可以把它想象成一个电压表 它可以检测这个点的电压进行操作 它的输入阻抗是很大的所以这个一点就相当于是断开 这个东西就相当于一个电子开关给低电平相当于它导通如果给高电平相当于它断开 如果给高电平这个电子开关断开而旁边这条线路也是断开的所以这这根引脚就是断开的就可以不干扰外界。 I2C通信是怎么实现的
下面举一个小例子能够更明白I2C通信是怎么实现的
比如现在有个弹簧控制着一根杆子的升降杆子上面左右两边都有一根标尺。在A和B两个人眼前他们两个人可以通过标尺的升降来判断对方发给自己的数据是1还是0如果两人是松手的状态标尺就不动说明发给对方的数据是1如果其中一人伸手拉下了杆子那么标尺就会下降对方就知道发送过来的数据是0如果松手标尺上升则代表发送过来的数据是1。
I2C的标准可以想象成如果再A和B之间再多站几个人的话这几个人都会被标成一个地址如果主机想要和他们其中一个通信那么只需要通过时序去发送地址就找到从机。比如说一开始主机摇摇杆子所有人看到杆子被摇了说明有人想要开始了然后主机开始发1/0的数据通过松手拉下来松手拉下来就把地址发送出去其他人看这个地址跟自己一样就知道主机在找他就会默认跟主机构建联系其他人发现地址和自己的不一样就什么不管不会去干扰通信。主机就和地址一样的那个人开始通信双方拉杆子交流。 接下来就开始正式介绍I2C时序结构
I2C时序结构
起始条件和终止条件
起始条件SCL高电平期间SDA从高电平切换到低电平主机开始摇杆子
终止条件SCL高电平期间SDA从低电平切换到高电平 发送一个字节
SCL低电平期间主机将数据位依次放到SDA线上高位在前然后拉高SCL从机将在SCL高电平期间读取数据位所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化依次循环上述过程8次即可发送一个字节 注意SCL高电平期间读取数据位时 PS我们的单片机是主机24C02是从机。主机和从机的程序是不一样的我们只写主机从机是主动检测的从机读取数据的时候是程序自动完成的我们只需要把主机的时序模拟出来就好了。 接收一个字节
SCL低电平期间从机将数据位依次放到SDA线上高位在前然后拉高SCL主机将在SCL高电平期间读取数据位所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化依次循环上述过程8次即可接收一个字节主机在接收之前需要释放SDA将SDA置1就相当于释放释放的时候主机是完全不干扰这个通信线的。换言之就是主机释放掉数据线之后把对线的控制权交给从机从机就把它拉下来/松手。如果主机是在拉下来的状态把控制权交给从机的话那从机不论发啥都是0 上图SDA紫色部分就是从机控制总线的时候
发送应答和接收应答
发送应答在接收完一个字节之后主机在下一个时钟发送一位数据数据0表示应答数据1表示非应答
接收应答在发送完一个字节之后主机在下一个时钟接收一位数据判断从机是否应答数据0表示应答数据1表示非应答主机在接收之前需要释放SDA 主机接收完一个字节后再发送给从机一位数据1/0告知从机是否应答 主机发送完一个字节后再接收从机发过来的一位数据1/0这位数据表示从机是否应答 I2C数据帧
基本上所有的传感器的数据帧结构都遵循这三种格式 发送一帧数据 解析图 完成任务向谁发什么由从机地址的前7位决定发给谁发还是写由地址的读写位决定发什么由发送字节数据那一部分决定 接收一帧数据 解析图 完成任务向谁收什么 先发送再接收数据帧复合格式 完成任务向谁收指定的什么
用一个大白话来翻译一下这种复合格式就是 老师主机现在开始听题环节。
老师主机小明你来听题。
小明从机收到。
老师主机第一题......
小明从机收到。
老师主机第二题......
小明从机收到。
......
老师主机第N题......
小明从机收到。 老师主机现在开始答题环节。
老师主机小明你来答题。
小明从机收到第一题答案是.....
此时老师主机接收小明的答案。
老师主机收到。
小明从机第二题答案是.....
此时老师主机接收小明的答案。
老师主机收到。
...... 小明从机第N题答案是.....
此时老师主机接收小明的答案。
老师主机收到/不应答。 老师主机本次的问答环节结束。 几乎所有的I2C都遵循以上这三种数据帧格式 我们看一下I2C如何去适配这些结构的呢
字节写在WORD ADDRESS字地址处写入数据DATA 随机读读出在WORD ADDRESS处的数据DATA这其实是一种复合格式 AT24C02的固定地址为1010可配置地址本开发板上为000
所以SLAVE ADDRESSW为0xA0SLAVE ADDRESSR为0xA1 补充一下手册上的数据帧的解析图
字节写在“字地址”处写入“数据” 根据我们前面说的时序可以划分成这样其实和我们前面看到的是一样的。 随机读读出在“字地址”处的“数据” 下节开始演示代码
