基于STC89C52的24C04应用

@小张要努力

于 2025-03-22 12:15:38 发布

阅读量1.2k

点赞数 25

文章标签：单片机嵌入式硬件 51单片机 proteus mcu

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_59727887/article/details/146437667

版权

摘要

本文深入探讨STC89C52单片机与24C04存储芯片的协同应用，从硬件电路设计、软件程序开发到Proteus仿真验证展开全面分析。通过STC89C52模拟I²C总线协议控制24C04完成数据读写，并结合数码管动态显示模块实现数据可视化，验证了24C04在单片机系统中数据存储的稳定性与可靠性，为嵌入式系统数据持久化存储提供了完整的设计方案与实践参考。

引言

在现代嵌入式系统中，非易失性数据存储是关键需求。24C04作为EEPROM存储芯片的典型代表，凭借I²C总线接口简洁、功耗低、擦写寿命长（达100万次）等优势，广泛应用于工业控制、智能仪表、消费电子等领域。STC89C52作为51单片机的经典型号，具备丰富的IO资源与成熟的开发生态，能够高效驱动24C04实现数据存储。本文基于Proteus平台，完整呈现从硬件搭建、软件编程到仿真调试的全流程，为相关工程应用提供技术借鉴。

一、硬件电路设计原理

1.1 核心器件特性分析

1. STC89C52单片机：

该芯片集成8KB Flash、256B RAM，支持3个16位定时/计数器、6个中断源，工作电压5V。其IO口可灵活配置为输入输出模式，通过软件模拟I²C时序，实现与24C04的通信。在本设计中，利用其P1.0、P1.1引脚模拟I²C总线的SCL与SDA信号，P0口驱动数码管段码，P2口控制数码管位选。

2. 24C04存储芯片：

24C04属于串行EEPROM，容量4Kb（512字节），支持页写入模式（每页8字节）。其I²C总线接口兼容标准模式（100kHz）与快速模式（400kHz），本设计采用标准模式确保通信稳定性。芯片地址由A0、A1、A2引脚决定，本文中因未外接地址引脚，默认从设备地址为0xA0（写）与0xA1（读）。

3. 数码管显示模块：

选用8位共阳极数码管（SEVEN-SEG-MPX8-CA），需高电平驱动段码。通过PNP三极管（Q1~Q8）实现位选驱动，利用单片机P2口控制三极管基极，P0口输出段码（经排阻RN1限流），通过动态扫描实现多位数显示。

1.2 电路模块详细设计

1. 单片机最小系统：

晶振电路：采用12MHz晶振（X1），搭配22pF电容（C1、C2）。12M晶振可提供精准时钟，满足串口通信与I²C时序要求，电容取值确保晶振起振稳定。

复位电路：由10μF电容（C3）与10kΩ电阻（R1）组成上电复位电路。通电瞬间，电容充电使RST引脚短暂维持高电平，完成单片机复位，保障系统初始化一致性。

2. 24C04接口电路：

SCL、SDA引脚分别连接至STC89C52的P1.0、P1.1，并且通过上拉电阻（图中隐含于Proteus模型）拉高至电源。上拉电阻确保I²C总线在空闲状态维持高电平，满足总线通信的电气特性。

3. 数码管驱动电路：

P0口输出段码信号，经220Ω排阻RN1限流，保护单片机引脚并匹配数码管输入电平。P2口控制8个PNP三极管的基极，当P2口某引脚输出低电平时，对应三极管导通，驱动数码管位选端，结合动态扫描实现数字显示。

二、软件程序开发详解

2.1 I²C总线协议软件模拟

STC89C52通过软件模拟I²C时序，核心操作包括起始信号、停止信号、数据发送与接收：

1. 起始信号（I2C_Start()）：

SCL保持高电平时，SDA由高电平跳变为低电平，标志通信开始。代码实现时，先拉高SDA和SCL，经短暂延时后拉低SDA，再拉低SCL，为后续数据传输做准备。

2. 停止信号（I2C_Stop()）：

SCL高电平时，SDA由低电平跳变为高电平。代码中先拉低SDA，拉高SCL，延时后拉高SDA，结束本次通信。

3. 数据发送与应答：

每发送一个字节数据后，需检测应答信号。发送方在发送完8位数据后释放SDA，接收方拉低SDA表示应答。通过检测SDA电平判断数据是否成功接收。

2.2 24C04读写函数实现

写操作流程：

调用I2C_Start()发起通信，发送写器件地址（0xA0），等待应答后发送存储地址，再次等待应答后发送数据，最后调用I2C_Stop()结束。需注意24C04写操作后存在内部擦写周期，需延时等待确保写入完成。

void Write_Random_Address_Byte(uchar add,uchar dat)
{
 	Start();
	Write_A_Byte(0xa0);
	Write_A_Byte(add);
	Write_A_Byte(dat);
	Stop();
	DelayMS(10);
}

读操作流程：

先发送写器件地址与目标地址，重新发起起始信号后发送读器件地址（0xA1），接收数据并发送非应答信号，最后停止通信。

uchar Read_Current_Address_Data()
{
 	uchar d;
	Start();
	Write_A_Byte(0xa1);
	d=Receive_A_Byte();
	NO_ACK();
	Stop();
	return d;
}

2.3 数码管动态显示程序

采用动态扫描算法，逐位刷新数码管：

通过高频扫描（扫描周期<20ms），利用人眼视觉暂留效应，实现稳定无闪烁的数字显示。

void Convert_And_Display()
{
 	DISP_Buffer[2] = Count/10;
	DISP_Buffer[1] = Count%100/10;
	DISP_Buffer[0] = Count%100%10;
	if(DISP_Buffer[2] == 0)
	{
	 	DISP_Buffer[2] = 10;
		if(DISP_Buffer[1] == 0)
		{
		 	DISP_Buffer[1] = 10;	
		}
	}
	P2 = 0x80;
	P0 = DSY_CODE[DISP_Buffer[0]];
	DelayMS(45);
	P2 = 0x40;
	P0 = DSY_CODE[DISP_Buffer[1]];
	DelayMS(45);
	P2 = 0x20;
	P0 = DSY_CODE[DISP_Buffer[2]];
	DelayMS(45); 
}

三、Proteus仿真与调试

3.1 仿真模型搭建步骤

1.元件添加：

在Proteus库中搜索并添加STC89C52、24C04、SEVEN-SEG-MPX8-CA、RES、CAP、CAP-ELEC、PNP等元件，按电路设计连接线路。

2. 电路连接：

24C04的SCL→P1.0，SDA→P1.1，VCC接5V，GND接地。

数码管段码引脚（ABCDEFGDP）接P0口，位选引脚（1~8）通过三极管接P2口。

搭建单片机最小系统：晶振电路、复位电路正确连接。

3.单片机配置：

双击STC89C52，加载Keil编译生成的HEX文件，设置晶振频率为12MHz，确保程序运行时序匹配。

3.2 仿真测试与调试

功能测试：

编写测试程序：向24C04的0x00地址写入数据（如0x32），读取数据并通过数码管显示。运行仿真，观察数码管是否显示“2”。若显示正确，表明24C04读写功能正常。

常见问题调试：

通信失败：检查I²C时序是否正确，如起始、停止信号的逻辑电平变化；确认24C04的应答信号检测代码是否完善。

数码管显示异常：排查段码表是否正确，动态扫描的延时参数是否合理，位选与段码的引脚连接是否有误。

四、应用扩展与结论

4.1 应用场景延伸

本设计可扩展应用于多种场景：

温度数据记录器：结合温度传感器（如DS18B20），将采集的温度数据存储至24C04，实现历史数据记录与查询。

计数器系统：记录设备运行次数，即使断电数据不丢失，满足工业设备运维统计需求。

4.2 设计总结

本文通过STC89C52与24C04的协同设计，实现了数据的可靠存储与直观显示。硬件电路设计兼顾稳定性与驱动能力，软件程序精准实现I²C协议与功能逻辑，Proteus仿真验证了设计的可行性。该方案为51单片机系统的数据存储应用提供了完整范例，后续可进一步优化代码效率，探索24C04的页写入优化、多芯片级联等高级应用，拓展系统存储容量与功能边界。