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从AT24C02数据存储（I2C总线）到定时中断回调函数（或驱动函数）（51单片机学习笔记）

news 2026/8/20 11:42:56

在上一章《从DS1302可调时钟到蜂鸣器播放生日快乐歌（51单片机学习笔记）》中，我们探索了实时时钟模块和蜂鸣器音乐播放的应用。本章我们将继续深入51单片机的外设学习，重点介绍AT24C02 EEPROM存储器和I2C总线通信协议，以及定时中断回调函数的应用。通过这两个核心内容的学习，您将掌握单片机数据持久化存储和高效定时任务调度的关键技术。

AT24C02是一种基于I2C总线的EEPROM存储器，具有掉电不丢失数据的特性，非常适合保存系统配置、用户设置等关键信息。而定时中断回调函数则是单片机编程中实现多任务调度、提高系统响应性的重要设计模式。本章将通过详细的原理讲解、时序分析和完整代码示例，帮助您从理论到实践全面掌握这两项技术。

如果觉得有收获可以为我的文章点点小赞，这将激励我创作更好的内容！谢谢！

一、AT24C02与I2C总线

1.1 存储器介绍

1.2 存储器简化模型

1.3 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

通讯接口：I2C

总线容量：256字节

1.4 引脚及应用电路

1.5 内部结构框图

1.6 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：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

同步、半双工，带数据应答

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

1.7 I2C电路规范

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

1.8 I2C时序结构

（1）6种基本操作

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

根据I2C协议的流程，使用代码控制SCL和SDA的引脚，我们可以写出以下代码：

#include <REGX52.H> sbit I2C_SCL=P2^1; sbit I2C_SDA=P2^0; /** * @brief I2C开始 * @param 无 * @retval 无 */ void I2C_Start(void)//I2C起始函数 { I2C_SDA=1;//确认SDA的电平为1 I2C_SCL=1;//确认SCL的电平为1 I2C_SDA=0;//起始标志 I2C_SCL=0;//准备完毕 } /** * @brief I2C停止 * @param 无 * @retval 无 */ void I2C_Stop(void)//I2C终止函数 { I2C_SDA=0;//确认SDA的电平为0 I2C_SCL=1;//终止标志 I2C_SDA=1;//终止完毕 }

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

/** * @brief I2C发送一个字节 * @param Byte 要发送的字节 * @retval 无 */ void I2C_SendByte(unsigned char Byte)//I2C发送一个字节函数 { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);//传入字节的每一位 I2C_SCL=1;//发送一位完毕 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 //我的单片机运行速度不快，可以不插入Delay } }

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）

/** * @brief I2C接收一个字节 * @param 无 * @retval 接收到的一个字节数据 */ unsigned char I2C_ReceiveByte(void)//I2C接收一个字节函数 { unsigned char i,Byte=0x00; I2C_SDA=1; for(i=0;i&lt;8;i++) { I2C_SCL=1;//开始接收一位 if(I2C_SDA){Byte|=(0x80&gt;&gt;i);}//接收一位完毕 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 } return Byte; }

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）

/** * @brief I2C发送应答 * @param AckBit 应答位，0为应答，1为非应答 * @retval 无 */ void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)//I2C发送应答 { I2C_SDA=AckBit;//写入应答与否 I2C_SCL=1;//发送应答与否 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 } /** * @brief I2C接收应答位 * @param 无 * @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答 */ unsigned char I2C_ReceiveAck(void)//I2C接收应答 { unsigned char AckBit; I2C_SDA=1;//释放I2C_SCL，确认SDA的电平为1 I2C_SCL=1;//开始接收应答与否 AckBit=I2C_SDA;//接收应答与否 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 return AckBit;//返回应答 }

（2）3种基本格式的数据帧

AT24C02 的固定地址为 1010，可配置地址本开发板上为 000

所以 SLAVE ADDRESS+W 为 0xA0，SLAVE ADDRESS+R 为 0xA1

1.发送一帧数据：

完成任务：向谁发什么

2.接收一帧数据：

完成任务：向谁收什么

3.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（有时客机的发送端要知道主机要接收什么数据）

（3）AT24C02规定的2种拓展数据帧

1.字节写：在WORD ADDRESS处写入数据DATA

根据I2C协议的流程，利用第（1）点的6个基本操作函数，我们可以写出以下代码：

#include <REGX52.H> #include "I2C.h" #define AT24C02_ADDRESS 0xA0 /** * @brief AT24C02写入一个字节 * @param WordAddress 要写入字节的地址 * @param Date 要写入的数据 * @retval 无 */ void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Date) { I2C_Start(); I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS); I2C_ReceiveAck(); I2C_SendByte(WordAddress); I2C_ReceiveAck(); I2C_SendByte(Date); I2C_ReceiveAck(); I2C_Stop(); Delay(5);//等待5ms让数据写入完毕 }

注意！！注意！！AT24C02在字节写时，数据手册有一个最大写入时间5ms，写入字节后须等待5ms让数据写入完毕↓↓↓↓

2.随机读：读出在WORD ADDRESS处的数据DATA

AT24C02的固定地址为1010，可配置地址本开发板上为000，所以SLAVE ADDRESS+W为0xA0，SLAVE ADDRESS+R为0xA1：

/** * @brief AT24C02读取一个字节 * @param WordAddress 要读出字节的地址 * @retval 读出的数据 */ unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress) { unsigned char Date; I2C_Start(); I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS); I2C_ReceiveAck(); I2C_SendByte(WordAddress); I2C_ReceiveAck(); I2C_Start(); I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);//把写地址变成读地址，然后发送 I2C_ReceiveAck(); Date=I2C_ReceiveByte(); I2C_SendAck(1); return Date; }

以上三点根据数据手册提炼出的更易理解的模型，数据手册里对应这2种数据帧的实际描述如下：

完整的I2C与AT24C02代码模块：

I2C.c文件↓

----------------------------

#include <REGX52.H> sbit I2C_SCL=P2^1; sbit I2C_SDA=P2^0; /** * @brief I2C开始 * @param 无 * @retval 无 */ void I2C_Start(void)//I2C起始函数 { I2C_SDA=1;//确认SDA的电平为1 I2C_SCL=1;//确认SCL的电平为1 I2C_SDA=0;//起始标志 I2C_SCL=0;//准备完毕 } /** * @brief I2C停止 * @param 无 * @retval 无 */ void I2C_Stop(void)//I2C终止函数 { I2C_SDA=0;//确认SDA的电平为0 I2C_SCL=1;//终止标志 I2C_SDA=1;//终止完毕 } /** * @brief I2C发送一个字节 * @param Byte 要发送的字节 * @retval 无 */ void I2C_SendByte(unsigned char Byte)//I2C发送一个字节函数 { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++) { I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);//传入字节的每一位 I2C_SCL=1;//发送一位完毕 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 //我的单片机运行速度不快，可以不插入Delay } } /** * @brief I2C接收一个字节 * @param 无 * @retval 接收到的一个字节数据 */ unsigned char I2C_ReceiveByte(void)//I2C接收一个字节函数 { unsigned char i,Byte=0x00; I2C_SDA=1; for(i=0;i<8;i++) { I2C_SCL=1;//开始接收一位 if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}//接收一位完毕 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 } return Byte; } /** * @brief I2C发送应答 * @param AckBit 应答位，0为应答，1为非应答 * @retval 无 */ void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)//I2C发送应答 { I2C_SDA=AckBit;//写入应答与否 I2C_SCL=1;//发送应答与否 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 } /** * @brief I2C接收应答位 * @param 无 * @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答 */ unsigned char I2C_ReceiveAck(void)//I2C接收应答 { unsigned char AckBit; I2C_SDA=1;//释放I2C_SCL，确认SDA的电平为1 I2C_SCL=1;//开始接收应答与否 AckBit=I2C_SDA;//接收应答与否 I2C_SCL=0;//改回I2C_SCL的值 return AckBit;//返回应答 }

----------------------------

AT24C02.c文件↓

----------------------------

#include <REGX52.H> #include "I2C.h" #include "Delay.h" #define AT24C02_ADDRESS 0xA0 /** * @brief AT24C02写入一个字节 * @param WordAddress 要写入字节的地址 * @param Date 要写入的数据 * @retval 无 */ void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Date) { I2C_Start(); I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS); I2C_ReceiveAck(); I2C_SendByte(WordAddress); I2C_ReceiveAck(); I2C_SendByte(Date); I2C_ReceiveAck(); I2C_Stop(); Delay(5);//等待5ms让数据写入完毕 } /** * @brief AT24C02读取一个字节 * @param WordAddress 要读出字节的地址 * @retval 读出的数据 */ unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress) { unsigned char Date; I2C_Start(); I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS); I2C_ReceiveAck(); I2C_SendByte(WordAddress); I2C_ReceiveAck(); I2C_Start(); I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);//把写地址变成读地址，然后发送 I2C_ReceiveAck(); Date=I2C_ReceiveByte(); I2C_SendAck(1); return Date; }

----------------------------

1.9 实例一12.1.1AT24C02数据存储

main.c文件↓

----------------------------

#include <REGX52.H> #include "LCD1602.h" #include "Key.h" #include "AT24C02.h" #include "Delay.h" unsigned char Date,KeyNum; unsigned int Num; void main() { LCD_Init(); LCD_ShowNum(1,1,Num,5); while(1) { KeyNum=Key(); if(KeyNum==1) { Num++; LCD_ShowNum(1,1,Num,5); } if(KeyNum==2) { Num--; LCD_ShowNum(1,1,Num,5); } if(KeyNum==3) { AT24C02_WriteByte(0,Num%256); AT24C02_WriteByte(1,Num/256); LCD_ShowString(2,1,"Write OK"); Delay(1000); LCD_ShowString(2,1," "); } if(KeyNum==4) { Num=AT24C02_ReadByte(0); Num|=AT24C02_ReadByte(1)<<8; LCD_ShowNum(1,1,Num,5); LCD_ShowString(2,1,"Read OK"); Delay(1000); LCD_ShowString(2,1," "); } } }

----------------------------

二、定时中断回调函数（或驱动函数）

2.1定时中断回调函数/驱动函数

有些时候，多个模块都需要用到单片机的定时器的功能，但定时器只有一个，我们无法在多个模块中调用同一个定时器中断函数，我们不能在程序中定义多个中断函数

这时我们需要有“驱动”的理念，我们可以在main.c中写中断函数，在各个模块写一个函数，这种函数是一个中断函数的调用，然后在main.c里面调用这个函数，假如定时器计时1毫秒计次加1（可以是多个同时开始的计次），模块A要被调用的函数需要30毫秒调用一次，模块B要被调用的函数需要2毫秒调用一次，中断函数里给模块A的计次满30次就调用一次模块A要被调用的函数，模块B同理

void Timer0_Routine() interrupt 1 /*写作定时器函数里面的逻辑操作一定不要过长*/ /*尤其是函数和函数里面的函数不要使用Delay（）*/ { static unsigned int T0Count1=0,T0Count2=0,T0Count3=0; TL0=0x66; //设置定时初值 TH0=0xFC; //设置定时初值 T0Count1++;//独立按键定时器驱动（或循环调用） if(T0Count1&gt;=20) { T0Count1=0; Key_Loop(); } T0Count2++;//数码管定时器驱动（或循环调用） if(T0Count2&gt;=2) { T0Count2=0; Nixie_Loop(); } T0Count3++;//时钟定时器驱动（或循环调用） if(T0Count3&gt;=10) { T0Count3=0; Sec_Loop(); } }

这种结构可以有效避免代码模块里的内容写入定时器Timer0模块，避免模块间交叉引用，函数出现较高的耦合性，如果函数出现较高的耦合性，这将不利于我们的代码管理

2.2 Key.c（独立按键）与Nixie.c（数码管）模块的升级

通过每20ms扫描获取按键引脚电平,能充分消除按键抖动的影响,不会出现按住按键时其他模块无法正常工作

Key_Task.c文件↓

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#include <REGX52.H> #include "Delay.h" unsigned char Key_KeyNumber; /** * @brief 返回独立按键键码——进阶版——搭配定时器使用 * @param 无 * @retval 按下按键的键码，范围：0~4，无按键按下时返回值为0 */ unsigned char Key(void) { unsigned char Temp=0; Temp=Key_KeyNumber; Key_KeyNumber=0; return Temp; } /** * @brief 获取/扫描独立按键键码——进阶版——搭配定时器使用 * @param 无 * @retval 按下按键的键码，范围：0~4，无按键按下时返回值为0 */ unsigned char Key_GetState() { unsigned char KeyNumber=0; if(P3_1==0){KeyNumber=1;} if(P3_0==0){KeyNumber=2;} if(P3_2==0){KeyNumber=3;} if(P3_3==0){KeyNumber=4;} return KeyNumber; } /** * @brief 独立按键松手检测——搭配定时器使用 * @param 无 * @retval 无 */ void Key_Loop(void) { static unsigned char NowState,LastState; LastState=NowState; NowState=Key_GetState(); if(LastState==1 && NowState==0)//松手才有效 { Key_KeyNumber=1; } if(LastState==2 && NowState==0) { Key_KeyNumber=2; } if(LastState==3 && NowState==0) { Key_KeyNumber=3; } if(LastState==4 && NowState==0) { Key_KeyNumber=4; } }

----------------------------

Nixie_Task.c文件↓

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#include <REGX52.H> #include "Delay.h" /** * @brief 数码管显示数字——进阶版——搭配定时器使用 * @param Location 在开发板从左往右第几位数码管显示，范围：1~8 * @param Number 显示的数字，范围：0~9 * @retval 无 */ unsigned char Nixie_Buf[9]={0,10,10,10,10,10,10,10,10}; unsigned char NixieTable[17]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x00,0x40,}; /0到9，无显示，“-”/ void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Number) { Nixie_Buf[Location]=Number; } /** * @brief 数码管扫描数字——搭配定时器使用 * @param Location 在开发板从左往右第几位数码管在定时器触发时显示，完成扫描，范围：1~8 * @param Number 定时器触发时显示的数字，也就是要扫描的数字，范围：0~9 * @retval 无 */ void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number) { P0=0x00; switch(Location) { case 1:P2_4=1,P2_3=1,P2_2=1;break; case 2:P2_4=1,P2_3=1,P2_2=0;break; case 3:P2_4=1,P2_3=0,P2_2=1;break; case 4:P2_4=1,P2_3=0,P2_2=0;break; case 5:P2_4=0,P2_3=1,P2_2=1;break; case 6:P2_4=0,P2_3=1,P2_2=0;break; case 7:P2_4=0,P2_3=0,P2_2=1;break; case 8:P2_4=0,P2_3=0,P2_2=0;break; } P0=NixieTable[Number]; } void Nixie_Loop(void) { static unsigned char i=1; Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]); i++; if(i>=9){i=1;} }

----------------------------

2.3 实例二12.2.1秒表（定时器扫描按键数码管）

利用以上知识和上一节AT24C02掉电仍存储数据的特性,我们能写出一个可记录时间的秒表:

main.c文件↓

----------------------------

#include <REGX52.H> #include "Timer0.h" #include "Nixie_Task.h" #include "Key_Task.h" #include "Delay.h" #include "I2C.h" #include "AT24C02.h" unsigned char KeyNum; unsigned char Min,Sec,MiniSec; unsigned char RunFlag; void main() { Timer0_Init(); while(1) { KeyNum=Key(); if(KeyNum==1) { RunFlag=!RunFlag; } if(KeyNum==2) { Min=0,Sec=0,MiniSec=0; } if(KeyNum==3) { AT24C02_WriteByte(0,Min); AT24C02_WriteByte(1,Sec); AT24C02_WriteByte(2,MiniSec); } if(KeyNum==4) { Min=AT24C02_ReadByte(0); Sec=AT24C02_ReadByte(1); MiniSec=AT24C02_ReadByte(2); } Nixie_SetBuf(1,Min/10); Nixie_SetBuf(2,Min%10); Nixie_SetBuf(3,11); Nixie_SetBuf(4,Sec/10); Nixie_SetBuf(5,Sec%10); Nixie_SetBuf(6,11); Nixie_SetBuf(7,MiniSec/10); Nixie_SetBuf(8,MiniSec%10); } } void Sec_Loop(void) { if(RunFlag) { MiniSec++; if(MiniSec>=100) { MiniSec=0; Sec++; if(Sec>=60) { Sec=0; Min++; if(Min>=60) { Min=0; } } } } } void Timer0_Routine() interrupt 1 /写作定时器函数里面的逻辑操作一定不要过长/ /尤其是函数和函数里面的函数不要使用Delay（）/ { static unsigned int T0Count1=0,T0Count2=0,T0Count3=0; TL0=0x66; //设置定时初值 TH0=0xFC; //设置定时初值 T0Count1++;//独立按键定时器驱动（或循环调用） if(T0Count1&gt;=20) { T0Count1=0; Key_Loop(); } T0Count2++;//数码管定时器驱动（或循环调用） if(T0Count2&gt;=2) { T0Count2=0; Nixie_Loop(); } T0Count3++;//时钟定时器驱动（或循环调用） if(T0Count3&gt;=10) { T0Count3=0; Sec_Loop(); } }

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三、总结

本章我们系统学习了AT24C02 EEPROM存储器和I2C总线通信协议，以及定时中断回调函数的设计与应用。通过本章的学习，您应该掌握以下核心知识点：

1. AT24C02与I2C总线

  • AT24C02是一种256字节容量的EEPROM存储器，支持I2C总线通信，具有掉电不丢失数据的特性
  • I2C总线采用SCL（时钟线）和SDA（数据线）两根线实现同步半双工通信，支持多主机多从机架构
  • I2C协议包含起始条件、终止条件、发送字节、接收字节、发送应答、接收应答等6种基本操作
  • AT24C02支持字节写和随机读两种数据帧格式，写入后需要等待5ms的写入时间

2. 定时中断回调函数

  • 通过定时中断回调函数可以实现模块化、低耦合的代码设计
  • 在main.c中编写统一的中断函数，在各模块中编写回调函数，通过定时器计数实现不同频率的任务调度
  • 这种设计避免了模块间交叉引用，提高了代码的可维护性和可扩展性

3. 实践应用

  • 通过AT24C02数据存储实例，实现了按键计数的掉电保存功能
  • 通过秒表示例，将AT24C02存储与定时中断回调函数结合，实现了完整的秒表功能
  • 独立按键和数码管模块升级为定时器驱动版本，消除了按键抖动影响

本章内容与上一章的DS1302时钟和蜂鸣器应用形成了良好的技术衔接。掌握了这些技术后，您可以设计更加复杂的单片机系统，如数据采集系统、智能控制器等。下一章我们将探索51单片机的DS18B20温度传感器和LCD1602液晶显示器。

都看到这了点点赞吧！求求了

http://www.cnnetsun.cn/news/4116337.html

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