【单片机毕业设计模块选型】AT24C02模块控制原理与驱动方法

AT24C02 模块：控制原理与驱动方法

演示视频：

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一、控制原理

AT24C02 是一款基于 I2C（Inter-Integrated Circuit）总线的 EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）模块，核心控制逻辑围绕 I2C 通信协议展开。

1. I2C 通信基础

I2C 总线仅需两根信号线：SDA（串行数据线）和 SCL（串行时钟线），均需通过上拉电阻接高电平，实现主从设备间的双向数据传输。通信时，主设备（如 MCU）通过 SCL 发送时钟信号，同步 SDA 上的字节数据（8 位），每个字节后需跟随 1 位应答信号（ACK/NACK），确保数据传输有效性。

2. 设备地址与读写控制

AT24C02 的 I2C 设备地址由固定部分和可编程部分组成：固定前缀为1010（4 位），后续 3 位为硬件地址（通过模块 A0、A1、A2 引脚电平设置，默认多为 000），最后 1 位为读写控制位（0 表示写操作，1 表示读操作）。例如，当 A0-A2 均为低电平时，写地址为0xA0，读地址为0xA1。

3. 数据读写逻辑

• 写操作：主设备先发送写地址并获取 ACK，再发送 2 字节存储地址（AT24C02 为 16 位地址空间，对应 256 字节存储容量），最后发送 1 字节数据；模块接收数据后返回 ACK，主设备发送停止信号（STOP）完成写入，数据会在内部自动完成擦除 - 写入过程。

• 读操作：分 “随机读” 和 “顺序读”。随机读需先发送写地址 + 存储地址（类似写操作前两步），再发送读地址并获取 ACK，随后读取模块返回的数据；顺序读则在随机读基础上，主设备每接收 1 字节数据后发送 ACK，模块会自动递增地址，持续输出后续数据，直至主设备发送 NACK 和停止信号。

二、驱动方法

AT24C02 的驱动需结合硬件连接与软件逻辑，核心是实现 I2C 总线时序控制与模块指令交互。

1. 硬件连接

• 电源：模块 VCC 引脚接 3.3V 或 5V（需匹配模块供电规格），GND 引脚接系统地，确保电源稳定（建议添加 0.1μF 滤波电容）。

• I2C 总线：模块 SDA 引脚接主设备（如 MCU）的 SDA 引脚，SCL 引脚接主设备的 SCL 引脚；若主设备无内置上拉电阻，需在 SDA、SCL 与 VCC 间各接一个 4.7kΩ-10kΩ 的上拉电阻，保证总线空闲时为高电平。

• 地址引脚：A0、A1、A2 引脚根据需求接高电平、低电平或悬空（悬空视为低电平），确定模块的 I2C 地址，避免多模块通信时地址冲突。

2. 软件设计核心步骤

• I2C 总线初始化：配置主设备的 SDA、SCL 引脚为开漏输出模式（符合 I2C 总线电平特性），设置 SCL 时钟频率（AT24C02 支持 100kHz 标准模式和 400kHz 快速模式，需根据主设备能力选择），初始化总线为空闲状态（SDA、SCL 均为高电平）。

• 基础时序实现：编写 I2C 起始信号（S）、停止信号（P）、应答信号（ACK）、非应答信号（NACK）的驱动函数。例如，起始信号为 “SCL 高电平时，SDA 从高变低”；停止信号为 “SCL 高电平时，SDA 从低变高”。

• 读写指令封装：

  • 写函数：按 “发送起始信号→发送写地址→等待 ACK→发送存储地址（高 8 位→低 8 位）→等待 ACK→发送数据→等待 ACK→发送停止信号” 的流程封装，确保每一步时序符合 I2C 协议和 AT24C02 要求。

  • 读函数：随机读按 “发送起始信号→发送写地址→等待 ACK→发送存储地址→等待 ACK→发送起始信号→发送读地址→等待 ACK→读取数据→发送 NACK→发送停止信号” 封装；顺序读则在读取数据后循环发送 ACK，直至完成指定长度读取，最后发送 NACK 和停止信号。

• 数据校验（可选）：为确保数据准确性，可在写入后立即读取对应地址数据，与写入数据对比，若不一致则重新写入，适用于对数据可靠性要求较高的场景。