你必须知道的单片机存储器的那些事

摘要：在单片机开发板上或者是核心板上通常会看到除了MCU之外的的芯片—EEPROM和FLASH，一般是AT24CXX、W25QXX这两颗芯片。但在利用单片机做一些项目的时候，比如做一个小车，驱动一些外设、显示一些温湿度信息等，却发现一般没有用到这些芯片。在做一些显示的时候却会用到。他们与单片机之间的通信方式就是IIC和SPI通信，在单片机的开发中用到的非常多。很多小伙伴就会说了，用OLED来显示一些数据，IIC通信直接用别人的代码，驱动SD卡或者NRF24L01直接拿别人的SPI代码就可以啊，难道我还自己去写驱动吗？

当然需要，学会了这些操作，层次就会提高很多，不信那就接着往下看！

EEPROM AT24C02存储器

学单片机的时候大家可能有一个问题，为啥是IIC读写EEPROM，而不是读写其他的东西。为什么大部分的单片机开发教程都教我利用IIC通信来读写EEPROM这颗AT24C02芯片？4针0.96寸OLED也是IIC操作的，为啥他们不叫我如何利用IIC通信来操作OLED？

原因很简单，主要是读写EEPROM你学完了没有成就感，会读写EEPROM又怎么样？归根到底是没有掌握IIC体会到IIC通信的重要性。今年疫情很严重，有一款红外测温芯片mlx90641就是通过IIC来读取温度的。

我想如果教程是IIC读写红外测温芯片，大家可能会比较感兴趣。言归正传，来说一说EEPROM。

ROM是“Read Only Memory”的缩写，意为只能读的存储器。由于技术的发展，后来设计出了可以方便写入数据的 ROM，而这个“Read Only Memory”的名称被沿用下来了。EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)是电可擦除存储器。EEPROM 可以重复擦写，EEPROM 是一种掉电后数据不丢失的存储器，常用来存储一些配置信息，以便系统重新上电的时候加载之。它的擦除和写入都是直接使用电路控制，不需要再使用外部设备来擦写。而且可以按字节为单位修改数据，无需整个芯片擦除。现在主要使用的ROM芯片都是EEPROM。24C02是一个2K Bit的串行EEPROM存储器（掉电不丢失），内部含有256个字节，在24C02里面有一个8字节的页写缓冲器。

操作任何的IIC设备一般都要知道从机地址，也就是利用单片机操作读写的那个设备的地址。一般来说对于IIC设备地址是7位，其中高 4 位固定为：1010 b，低 3 位则由 A0/A1/A2信号线的电平决定。所以一个IIC总线上可以挂载2^3=8个EEPROM芯片，当然一般一个单片机只有一块EEPROM芯片，所以我们直接把这个A2A1A0接地即可，当然接VCC也没有问题，如果接GND那么地址就是1010000(0X50)，如果接VCC那么地址就是1010111(0X57)。

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因为24C02是一个2K Bit的串行EEPROM存储器（掉电不丢失），内部含有256个字节。也就是说有256个存储单元，一个字节就是一个存储单元，因为每个字节可以出存256个数，也就是说每个存储单元可以存0~255个数。我们可以这样理解，AT24C02是一栋教学楼，这个教学楼有256个房间(存储单元)，没每个房间可以容纳256个学生(每个存储单元可以存储0 ~ 255个数)。而且这个芯片在断电的时候数据不会丢失，利用掉电不会丢失以及这款芯片容量不大的特性，可以大致判断它会在哪些地方可以用到。比如我们看电视得时候，正在看CCTV6电影频道，播放的声音比较大，那么这时候正好停电了。那么你下次来电时你打开电视机，电视机默认肯定是CCTV6电影频道，播放的声音也是很大。那么这些“频道”、“音量”这些数据就存在EEPROM里面，至于是不是ATC02就不一定了。

总结：

• 存储量少，用起来方便
• 可以任意访问地址数据，每一个存储单片可以独立访问，
• 写入前是不需要对写入的单片做独立的擦除

这三个特点对我们理解存储器的特性非常重要，因为接下来要说的FLASH芯片的特性就与它完全相反。

FLASH W25Q128存储器

FLSAH字面意思就是闪现、一瞬间的意思，所以FLSAH存储器又称闪存，与 EEPROM都是掉电后数据不丢失的存储器，但FLASH存储器容量普遍大于 EPROM，现在基本取代了它的地位。生活中常用的 U 盘、SD卡、SSD 固态硬盘以及我们 STM32 芯片内部用于存储程序的设备，都是 FLASH 类型的存储器。在存储控制上，最主要的区别是 FLASH 芯片只能一大片一大片地擦写，而 EEPROM可以单个字节擦写。

FLASH 芯片的最小擦除单位为扇区(Sector)，而一个块(Block)包含 16 个扇区，4Kbytes为一个Sector，16个扇区为1个Block。W25Q64 容量为8M字节（即 64M bit）, 分为128块(Block)，每一块的大小为64K字节，每块又分为16个扇区(Sector)，那么每个扇区就是4K个字节。W25Q128 容量为16M字节（即 128M bit），分为256块(Block)，每一块的大小为64K字节，每块又分为16个扇区(Sector)，那么每个扇区就是4K个字节(4096个字节，也就是4096个存储单元)。

W25Qxx的最小擦除单位为一个扇区，也就是每一次必须擦除4K字节。所以必须给W25Qxx开辟至少4K的缓冲区，这样对单片机的RAM的要求比较高，要求芯片必须有4K以上的RAM才能很好的操作。所有的FLASH我们在写之前都要擦出对应的扇区，擦除后的数据是0XFF。我们可以这样理解。我们要改写FLASH芯片W25Q128的一个扇区中某一个数据，就必须在STM32芯片的内部RAM中开辟4K字节(4096字节)的缓冲区域。先把FLASH芯片W25Q128的一个扇区中数据全部读到STM32芯片的内部RAM中开辟4K字节(4096字节)的缓冲区域中去，把我们要改写的数据在缓冲区域改写好之后，再把FLASH芯片W25Q128的一个扇区中的数据全部擦除完毕，擦除完成之后再把数据写回去。这是写入数据的操作，在读数据的时候不需要以扇区为单位，想读哪个扇区就读哪个扇区的数据。

/************************************************************************** Function Name : SPI_Flash_Write* Description   : 在指定地址开始写入指定长度的数据，该函数带擦除操作!* Input         :  *pBuffer:要写入数据的指针                    WriteAddr:开始写入的地址(24bit)                    NumByteToWrite:要写入的字节数(最大16 x 1024 x 1024) * Output        : None* Return        : None****************************************************************************/void SPI_Flash_Write(u8* pBuffer, u32 WriteAddr, u16 NumByteToWrite){ u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0, temp = 0;  Addr = WriteAddr % 4096;//mod运算求余，若writeAddr是4096整数倍，运算结果Addr值为0  NumOfPage =  NumByteToWrite / 4096;//计算出要写多少整数扇区  NumOfSingle = NumByteToWrite % 4096;//mod运算求余，计算出剩余不满一扇区的字节数  count = 4096 - Addr;//差count个数据值，刚好可以对齐到扇区地址  if (Addr == 0)//Addr=0,则WriteAddr刚好按扇区对齐或者说小于一个扇区 {   //NumByteToWrite < 4096，写入的字符串大小长度小于一个扇区(4096个字节)的大小，如22  if (NumOfPage == 0)   {   SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);  }  else //NumByteToWrite > 4096，写入的字符串大小长度大与一个扇区(4096个字节)的大小，如4098  {    //先把整数扇区都写了   while (NumOfPage--)   {    SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, 4096);    WriteAddr +=  4096;    pBuffer += 4096;   }   //若有多余的不满一扇区的数据，把它写完   SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);  } } //若地址与 4096 不对齐 else //Addr不等于0,则要写入的WriteAddr地址与4096不对齐 {  //NumByteToWrite < 4096  if (NumOfPage == 0)//大小不够一个扇区，如22  {   //当前页剩余的count个位置比NumOfSingle小，一扇区写不完   if (NumOfSingle > count)    {    temp = NumOfSingle - count;    //先写满当前扇区    SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, count);        WriteAddr +=  count;    pBuffer += count;    //再写剩余的数据    SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, temp);   }   else //当前扇区剩余的count个位置能写完NumOfSingle个数据   {    SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumByteToWrite);   }  }  else //NumByteToWrite > 4096  //大小够一个扇区，而且还超出一点点，如4098  {   //地址不对齐多出的count分开处理，不加入这个运算   NumByteToWrite -= count;   NumOfPage =  NumByteToWrite / 4096;   NumOfSingle = NumByteToWrite % 4096;      //先写完count个数据，为的是让下一次要写的地址对齐   SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, count);      //接下来就重复地址对齐的情况 */   WriteAddr +=  count;   pBuffer += count;   //把整数扇区都写了*/   while (NumOfPage--)   {    SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, 4096);    WriteAddr +=  1096;    pBuffer += 4096;   }   //若有多余的不满一扇区的数据，把它写完   if (NumOfSingle != 0)   {    SPI_Flash_Write_Page(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);   }  } }}总结：

/*********************************************************************** Function Name : SPI_Flash_Read* Description   : 在指定地址开始读取指定长度的数据* Input         :  *pBuffer:存储读出数据的指针               ReadAddr:开始读取的地址(24bit)               NumByteToRead:要读取的字节数(最大 16 x 1024 x 1024)* Output        : None* Return        : None************************************************************************/void SPI_Flash_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)   {   u16 i;                     SPI_FLASH_CS=0;                              //使能器件       SPI1_ReadWriteByte(CMD_W25X_ReadData);          //发送读取命令       SPI1_ReadWriteByte((ReadAddr& 0xFF0000)>>16);   //发送扇区地址的高8bit       SPI1_ReadWriteByte((ReadAddr& 0xFF00)>>8);    //发送扇区地址的中间8bit     SPI1_ReadWriteByte( ReadAddr& 0xFF);      //发送扇区地址的低8bit     for(i=0;i<NumByteToRead;i++) {         pBuffer=SPI1_ReadWriteByte(0XFF);   //循环读数      } SPI_FLASH_CS=1;                            //取消片选            }  

总结：

/******************************************************************************** Function Name  : SD_Init* Description    : 初始化SD卡* Input          : None* Output         : None* Return         : u8 *                  0：NO_ERR*                  1：TIME_OUT*                  99：NO_CARD*******************************************************************************/u8 SD_Init(void){    u8 r1;      // 存放SD卡的返回值    u16 retry;  // 用来进行超时计数    u8 buf<4>;   u16 i; SD_SPI_Init();  //初始化IO  SD_SPI_SpeedLow(); //设置到低速模式   //先产生至少74个脉冲，让SD卡自己初始化完成  for(i=0;i<10;i++) {     SD_SPI_WriteByte(0XFF);////80clks }  //-----------------SD卡复位到idle开始----------------- //循环连续发送CMD0，直到SD卡返回0x01,进入IDLE状态 //超时则直接退出 retry=0; do {  r1=SD_SendCmd(CMD0,0,0x95);//进入IDLE状态，作用是让SD卡进入SPI模式。这里的CRC校验位0x95是固定的，不能修改  retry++; }while((r1!=0X01) && (retry<20));//如果 SD 卡有正确的回应，代码就继续执行，如果没有回应程序就终止执行。  //跳出循环后，检查原因：初始化成功？or 重试超时？ if(retry==20) return 1;   //超时返回1 SD_Type=0;//默认无卡  //下面是V2.0卡的初始化    //其中需要读取OCR数据，判断是SD2.0还是SD2.0HC卡 if(r1==0X01) {  if(SD_SendCmd(CMD8,0x1AA,0x87)==1)//SD V2.0  {   //V2.0的卡，CMD8命令后会传回4字节的数据，要跳过再结束本命令   buf<0>=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0x00   buf<1>=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0x00   buf<2>=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0x01   buf<3>=SD_SPI_ReadByte(); //should be 0xAA   if(buf<2>==0X01&&buf<3>==0XAA)//判断卡是否支持2.7~3.6V的电压范围   {    retry=0XFFFE;    //发卡初始化指令CMD55+CMD41    do    {     SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //发送CMD55     r1=SD_SendCmd(CMD41,0x40000000,0X01);//发送CMD41    }while(r1&&retry--);            //初始化指令发送完成，接下来获取OCR信息         //-----------鉴别SD2.0卡版本开始-----------    if(retry&&SD_SendCmd(CMD58,0,0X01)==0)//鉴别SD2.0卡版本开始    {     //读OCR指令发出后，紧接着是4字节的OCR信息     buf<0>=SD_SPI_ReadByte();      buf<1>=SD_SPI_ReadByte();      buf<2>=SD_SPI_ReadByte();      buf<3>=SD_SPI_ReadByte();     //检查接收到的OCR中的bit30位（CCS），确定其为SD2.0还是SDHC     //如果CCS=1：为SDV2.0HC的2.0高容量卡   CCS=0：为SDV2.0的2.0版本的标准卡          if(buf<0>&0x40)      SD_Type=SD_TYPE_V2HC;    //检查CCS     else       SD_Type=SD_TYPE_V2;       LCD_ShowNum(164,250,SD_Type,5,16);//显示SD卡容量    //-----------鉴别SD2.0卡版本结束-----------          }   }     }    //如果卡片版本信息是v1.0版本的，即r1=0x05，则进行以下初始化  else//SD V1.0/ MMC V3  {   //先发CMD55，应返回0x01；否则出错   r1 = SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);  //发送CMD55      if(r1 != 0x01)    return r1;      //得到正确响应后，发ACMD41，应得到返回值0x00   r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01); //发送CMD41   if(r1<=1)   {      SD_Type=SD_TYPE_V1;    retry=0XFFFE;    do //等待退出IDLE模式    {     SD_SendCmd(CMD55,0,0X01); //发送CMD55     r1=SD_SendCmd(CMD41,0,0X01);//发送CMD41    }while(r1&&retry--);   }else//MMC卡不支持CMD55+CMD41识别   {    SD_Type=SD_TYPE_MMC;//MMC V3    retry=0XFFFE;    do //等待退出IDLE模式    {                    r1=SD_SendCmd(CMD1,0,0X01);//发送CMD1,发送MMC卡初始化命令    }while(r1&&retry--);     }   if(retry==0||SD_SendCmd(CMD16,512,0X01)!=0)    SD_Type=SD_TYPE_ERR;//错误的卡  } } SD_DisSelect();//取消片选 SD_SPI_SpeedHigh();//高速 if(SD_Type)  return 0; else if(r1)  return r1;      return 0xaa;//其他错误}

/******************************************************************************** Function Name  : SD_WriteDisk* Description    : 向SD卡写数据* Input          : buf:数据缓存区*                  sector:扇区*                  cnt:扇区数* Output         : None* Return         : u8 *                  0：ok*                  其他,失败.*******************************************************************************/u8 SD_WriteDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt){ u8 r1; if(SD_Type!=SD_TYPE_V2HC)sector *= 512;//转换为字节地址 if(cnt==1) {  r1=SD_SendCmd(CMD24,sector,0X01);//读命令  if(r1==0)//指令发送成功  {   r1=SD_SendBlock(buf,0xFE);//写512个字节      } }else {  if(SD_Type!=SD_TYPE_MMC)  {   SD_SendCmd(CMD55,0,0X01);    SD_SendCmd(CMD23,cnt,0X01);//发送指令   }   r1=SD_SendCmd(CMD25,sector,0X01);//连续读命令  if(r1==0)  {   do   {    r1=SD_SendBlock(buf,0xFC);//接收512个字节      buf+=512;     }while(--cnt && r1==0);   r1=SD_SendBlock(0,0xFD);//接收512个字节   } }    SD_DisSelect();//取消片选,释放SPI总线 return r1;}