單片機(jī)與I2C總線技術(shù)文檔.doc

IIC總線即I2C，一種總線結(jié)構(gòu)。IIC 是作為英特爾IC 的互補(bǔ)，這種總線類型是由菲利浦半導(dǎo)體公司在八十年代初設(shè)計(jì)出來(lái)的，主要是用來(lái)連接整體電路(ICS) ，IIC是一種多向控制總線，也就是說(shuō)多個(gè)芯片可以連接到同一總線結(jié)構(gòu)下，同時(shí)每個(gè)芯片都可以作為實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃础＿@種方式簡(jiǎn)化了信號(hào)傳輸總線。例如：內(nèi)存中的SPD信息,通過(guò)IIC，與BX芯片組聯(lián)系，IIC 存在于英特爾PIIX4結(jié)構(gòu)體系中。 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，把CPU和一個(gè)單獨(dú)工作系統(tǒng)所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外圍電路集成在一個(gè)單片內(nèi)而制成的單片機(jī)或微控制器愈來(lái)愈方便。目前，世界上許多公司生產(chǎn)單片機(jī)，品種很多。其中包括各種字長(zhǎng)的CPU，各種容量的ROM、RAM以及功能各異的I/O接口電路等等，但是，單片機(jī)的品種規(guī)格仍然有限，所以只能選用某種單片機(jī)來(lái)進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的方法有兩種：一種是并行總線，另一種是串行總線。由于串行總線的連線少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，往往不用專門的母板和插座而直接用導(dǎo)線連接各個(gè)設(shè)備。因此，采用串行線可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，利用該總線可實(shí)現(xiàn)多主機(jī)系統(tǒng)所需的裁決和高低速設(shè)備同步等功能。因此，這是一種高性能的串行總線。 1 I2C總線的硬件結(jié)構(gòu) I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。典型的I2C總線結(jié)構(gòu)如圖1所示。 為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時(shí)必須是開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路輸出。設(shè)備與總線的接口電路如圖2所示。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時(shí)鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)，一方面要通過(guò)SCL輸出電路發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面還要檢測(cè)總線上的SCL電平，以決定什么時(shí)候發(fā)送下一個(gè)時(shí)鐘脈沖電平；作為接受主機(jī)命令的從機(jī)，要按總線上的SCL信號(hào)發(fā)出或接收SDA上的信號(hào)，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號(hào)以延長(zhǎng)總線時(shí)鐘信號(hào)周期?？偩€空閑時(shí)，因各設(shè)備都是開(kāi)漏輸出，上拉電阻Rp使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號(hào)線變低，也就是說(shuō)：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系。 總線對(duì)設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒(méi)有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達(dá)每秒十萬(wàn)位，高速方式時(shí)在每秒四十萬(wàn)位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過(guò)400pF為限。 總線的運(yùn)行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機(jī)控制。所謂主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)以及傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出停止信號(hào)的設(shè)備，通常主機(jī)都是微處理器。被主機(jī)尋訪的設(shè)備稱為從機(jī)。為了進(jìn)行通訊，每個(gè)接到I2C總線的設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，以便于主機(jī)尋訪。主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到從機(jī)，也可以由從機(jī)發(fā)到主機(jī)。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。 I2C總線上允許連接多個(gè)微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲(chǔ)器、LED及LCD驅(qū)動(dòng)器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺(tái)微處理器同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（總線控制權(quán)）沖突，以及決定由哪一臺(tái)微處理器控制總線的問(wèn)題，I2C總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺(tái)設(shè)備之間時(shí)鐘信號(hào)的同步過(guò)程稱為同步化。 2 I2C數(shù)據(jù)傳輸 在I2C總線傳輸過(guò)程中，將兩種特定的情況定義為開(kāi)始和停止條件（見(jiàn)圖3）：當(dāng)SCL保持“高”時(shí)，SDA由“高”變?yōu)椤暗汀睘殚_(kāi)始條件；當(dāng)SCL保持“高”且SDA由“低”變?yōu)椤案摺睍r(shí)為停止條件。開(kāi)始和停止條件均由主控制器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測(cè)到開(kāi)始和停止條件，沒(méi)有這種接口的微機(jī)必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對(duì)SDA取樣，以檢測(cè)這種變化。 SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個(gè)字節(jié)必須要有一個(gè)應(yīng)答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)接收器準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時(shí)鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。I2C數(shù)據(jù)總線傳送時(shí)序如圖4所示。 數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控制器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉SDA線。當(dāng)尋址的被控器件不能應(yīng)答時(shí)，數(shù)據(jù)保持為高并使主控器產(chǎn)生停止條件而終止傳輸。在傳輸?shù)倪^(guò)程中，在用到主控接收器的情況下，主控接收器必須發(fā)出一數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)給被控發(fā)送器，從而使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以允許主控器產(chǎn)生停止條件。合法的數(shù)據(jù)傳輸格式如下： I2C總線在開(kāi)始條件后的首字節(jié)決定哪個(gè)被控器將被主控器選擇，例外的是“通用訪問(wèn)”地址，它可以在所有期間尋址。當(dāng)主控器輸出一地址時(shí)，系統(tǒng)中的每一器件都將開(kāi)始條件后的前7位地址和自己的地址進(jìn)行比較。如果相同，該器件即認(rèn)為自己被主控器尋址，而作為被控接收器或被控發(fā)送器則取決于R/W位。 3 I2C總線的應(yīng)用 I2C總線是各種總線中使用信號(hào)線最少，并具有自動(dòng)尋址、多主機(jī)時(shí)鐘同步和仲裁等功能的總線。因此，使用I2C總線設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)十分方便靈活，體積也小，因而在各類實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。下面舉二個(gè)應(yīng)用示例。 3.1 伺服控制系統(tǒng)用I2C擴(kuò)展LCD顯示器 圖5是一個(gè)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。它用8XC752單片機(jī)的PWM輸出經(jīng)放大后來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由測(cè)速機(jī)測(cè)取并直接送到8XC752片內(nèi)的A/D電路。處理后的有關(guān)信息經(jīng)I2C總線送到LCD驅(qū)動(dòng)芯片PCF8577以驅(qū)動(dòng)64段LCD顯示板。 3.2 通用I/O端口作為I2C總線接口 目前，51、96系列的單片機(jī)應(yīng)用很廣，但是由于它們都沒(méi)有I2C總線接口，從而限制了在這些系統(tǒng)中使用具有I2C總線接口的器件。通過(guò)對(duì)I2C總線時(shí)序的分析，可以用51單片機(jī)的兩根I/O線來(lái)實(shí)現(xiàn)I2C總線的功能。接I2C總線規(guī)定：SCL線和SDA線是各設(shè)備對(duì)應(yīng)輸出狀態(tài)相“與”的結(jié)果，任一設(shè)備都可以用輸出低電平的方法來(lái)延長(zhǎng)SCL的低電平時(shí)間，以迫使高速設(shè)備進(jìn)入等待狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)不同速度設(shè)備間的時(shí)鐘同步。因此，即使時(shí)鐘脈沖的高、低電平時(shí)間長(zhǎng)短不一，也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳送，可以用軟件控制I/O口做I2C接口。下面就是用GMS97C2051的通用I/O口來(lái)作為I2C總線接口，并由軟件控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的例子，圖6為其連線圖。 在單主控器的系統(tǒng)中，時(shí)鐘線僅由主控器驅(qū)動(dòng)，因此可以用51系列的一根I/O線作為SCL的信號(hào)線，將其設(shè)備為輸出方式，并由軟件控制來(lái)產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)。在實(shí)際系統(tǒng)中使用了P1.3。另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數(shù)據(jù)線，可在軟件控制下在時(shí)鐘的低電平期間讀取或輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：先由單片機(jī)發(fā)出一個(gè)啟始數(shù)據(jù)信號(hào)，接著送出要訪問(wèn)器件的7位地址數(shù)據(jù)，并等待被控器件的應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)收以應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)訪問(wèn)要求進(jìn)行相應(yīng)的操作。如果是讀入數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)線可一直設(shè)為輸入方式，中間不需要改變SDA線的工作方式，每讀入一個(gè)字節(jié)均應(yīng)依次檢測(cè)應(yīng)答信號(hào)；如果是輸出數(shù)據(jù)，則首先將SDA設(shè)置為輸出方式，當(dāng)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，需要改變SDA線為輸入方式，此時(shí)讀入被控器件的應(yīng)答信號(hào)就完成了一個(gè)字節(jié)的傳送。當(dāng)所有數(shù)據(jù)傳輸完畢后，應(yīng)向SDA發(fā)出一個(gè)停止信號(hào)，以結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳輸。 下面給出51系列用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)啟始、停止、讀、寫(xiě)、應(yīng)答的程序，讀者也可以根據(jù)I2C總線時(shí)序在96系列或其它單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)I2C總線接口。 a.啟動(dòng)位程序 ACK：CLR P1.3 NOP NOP SETB P1.2 NOP NOP NOP CPL P1.3 ；P1.3=1 NOP NOP NOP DENGDAI：JB P1.2，DENGDAI RET b.讀數(shù)據(jù)程序 讀字節(jié)可以在當(dāng)前地址讀（CURRENT READ），也可以隨機(jī)讀（RANDOM READ），讀出數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)后不用加應(yīng)答信號(hào)。 READ：PUSH 0EH CLR P1.4 LCALL BSTART ；START MOV A，#0A0H ；SEND THE CNOTROL BYTE LCALL SENDBYTE LCALL ACK MOV A，R1 ；SEND THE ADDRESS LCALL SENDBYTE LCALL ACK LCALL BSTART ；START MOV A，#0A1H ；SEND THE CNOTROL BYTE LCALL SENDBYTE LCALL ACK LCALL READBYTE LCALL BSTOP POP 0EH RET 送字節(jié)程序： SENDBYTE：PUSH 0EH PUSH 00H MOV R0,#08H LOOP1:CLR P1.3 NOP NOP RLC A MOV P1.2,C CPL P1.3 ;P1.3=1 NOP NOP DJNZ R0,LOOP1 POP 00H POP 0EH RET 讀字節(jié)子程序： READBYTE：PUSH 0EH PUSH 00H MOV R0，#08H；READ THE CONTENT CLR A LOOP4：CLR P1.3 NOP NOP NOP SETB P1.3 ；P1.3=1 MOV C,P1.2 RLC A DJNZ R0,LOOP4 MOV R2,A POP 00H POP 0EH RET c.寫(xiě)數(shù)據(jù)程序： WRITE：PUSH 0EH CLR P1.4 LCALL BSTART MOV A，#0A0H CLALL SENDBYTE ；SEND THE CONTROL BYTE LCALL ACK MOV A，R1 ；SEND THE ADDRESS LCALL SENDBYTE LCALL ACK MOV A，R2 ；WRITE THE CONTENT LCALL SENDBYTE LCALL ACK LCALL BSTOP POP 0EH RET 連續(xù)寫(xiě)的兩個(gè)字節(jié)之間最好是有10ms的延時(shí)。當(dāng)然，也可以進(jìn)行頁(yè)寫(xiě)（PAGE WRITE），即一次性連續(xù)寫(xiě)8個(gè)字節(jié)，但采用頁(yè)寫(xiě)方式時(shí)每個(gè)字節(jié)后要有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。 d.停止位程序： BSTOP：CLR P1.3 NOP NOP CLR P1.2 NOP NOP NOP SETB P1.3 NOP NOP NOP SETB P1.2 RETIIC總線的基本原理與應(yīng)用實(shí)例2009-08-18 09:27大家好，通過(guò)以前的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對(duì)51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉，學(xué)會(huì)了使用無(wú)線遙控模塊的基本知識(shí)，體會(huì)到了綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的易用性與易學(xué)性，這一期我們將一起學(xué)習(xí)IIC總線的基本原理與應(yīng)用實(shí)例。 先看一下我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)能完成哪些實(shí)驗(yàn)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作：分別有流水燈，數(shù)碼管顯示，液晶顯示，按鍵開(kāi)關(guān)，蜂鳴器奏 樂(lè)，繼電器控制，IIC總線，SPI總線，PS/2實(shí)驗(yàn)，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，光耦實(shí)驗(yàn)，串口通信，紅外線遙控，無(wú)線遙控，溫度傳感，步進(jìn)電機(jī)控制等等。圖1 51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)上圖是我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，如圖1所示，本期實(shí)驗(yàn)我們用到了綜合系統(tǒng)主機(jī)、板載的AT24C02芯片，綜合系統(tǒng)其它功能模塊原理與使用詳見(jiàn)前幾期電子制作雜志及后期連載教程介紹。在很多電子設(shè)備中都有要隨時(shí)存取數(shù)據(jù)作為歷史記錄或標(biāo)志位。目前常用的存儲(chǔ)器有24CXX系列和93CXX系列，前者是I2C總線 結(jié)構(gòu)，后者是SPI總線結(jié)構(gòu)，本小節(jié)先介紹I2C結(jié)構(gòu)的EEPROM（24CXX）作用方法，在后面小節(jié)中再介紹SPI結(jié)構(gòu)的EEPROM（93CXX） 使用方法。I2C總線基本概念I(lǐng)2C總線，是INTERINTEGRATEDCIRCUITBUS的縮寫(xiě)，即“內(nèi)部集成電路總線”。 I2C總線是Philips公司推出的一種雙向二線制總線。目前Philips公司和其它集成電路制造商推出了很多基于I2C總線的外圍器件。I2C總線 包括一條數(shù)據(jù)線（SDA）和一條時(shí)鐘線（SCL）。協(xié)議允許總線接入多個(gè)器件，并支持多主工作?？偩€中的器件既可以作為主控器也可以作為被控器，既可以是 發(fā)送器也可以是接收器?？偩€按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在每次數(shù)據(jù)交換開(kāi)始，作為主控器的器件需要通過(guò)總線競(jìng)爭(zhēng)獲得主控權(quán)，并啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)交換。系 統(tǒng)中各個(gè)器件都具有唯一的地址，各器件之間通過(guò)尋址確定數(shù)據(jù)接收方。I2C總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個(gè)典型的I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，還可將內(nèi)部各單元電路劃分成若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，它只有二根信 號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。CPU可以通過(guò)指令對(duì)各功能模塊進(jìn)行控制。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一 樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過(guò)程中，I 2 C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器）。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量（數(shù)據(jù)）兩部分，地址碼用來(lái)選址， 即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。I2C總 線接口電路如下圖2所示。圖2 I2C總線接口電路圖I2C總線的器件分為主器件和從器件。主器件的功能是啟動(dòng)在總線上傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，以允許與被尋址的器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 被尋址的器件，稱為從器件。一般來(lái)講，任何器件均可以成為從器件，只有微控制器才能稱為主器件。主、從器件對(duì)偶出現(xiàn)，工作在接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)方式，由器件 的功能和數(shù)據(jù)傳送方向所決定。I2C總線允許連接多個(gè)微控制器，顯然不能同時(shí)存在兩個(gè)主器件，先控制總線的器件成為主器件，這就是總線競(jìng)爭(zhēng)。在競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中數(shù)據(jù)不會(huì)被破壞、丟失。數(shù)據(jù)只能在主、從器件中傳送，結(jié)束后，主、從器件將釋放總線，退出主、從器件角色。I2C總線接口特性傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都分別各用一條線，如MCS-51系列的TXD和RXD，而I2C總線則根據(jù)器件的功能通過(guò) 軟件程序使其工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè)器件向總線上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器（也叫主器件），而當(dāng)其從總線上接收信息時(shí)，又成為接收器（也叫從器 件）。主器件用于啟動(dòng)總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。I2C總線的控制完全由掛在總線上的主器件送出 的地址和數(shù)據(jù)決定，在總線上，既沒(méi)有中心機(jī)也沒(méi)有優(yōu)先級(jí)?？偩€上主和從（即發(fā)送和接收）的關(guān)系取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送的方向。SDA 和SCL 都是雙向線路，都通過(guò)一個(gè)電流源或上拉電阻連接到電源端。連接總線器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具有線“與”功能，當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線都是高 電平。I2C總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s 在快速模式下可達(dá)400kbit/s 在高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s 連接到總線的接口數(shù)量只由總線電容是400pF 的限制決定。I2C總線器件工作原理及時(shí)序I2C總線的時(shí)鐘信號(hào)在I2C總線上傳送信息時(shí)的時(shí)鐘同步信號(hào)是由掛接在SCL時(shí)鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL線上由高電平到低電平的跳 變將影響到這些器件，一旦某個(gè)器件的時(shí)鐘信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，將使SCL線上所有器件開(kāi)始并保護(hù)低電平期。此時(shí)，低電平周期短的器件的時(shí)鐘由低至高的跳變并不 影響SCL線的狀態(tài)，這些器件將進(jìn)入高電平等待的狀態(tài)。當(dāng)所有器件的時(shí)鐘信號(hào)都變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，低電平期結(jié)束，SCL線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時(shí)開(kāi)始它們的高電平期。其后， 第一個(gè)結(jié)束高電平期的器件又將SCL線拉成低電平。這樣就在SCL線上產(chǎn)生一個(gè)同步時(shí)鐘?？梢?jiàn)，時(shí)鐘低電平時(shí)間由時(shí)鐘低電平期最長(zhǎng)的器件決定，而時(shí)鐘高電 平時(shí)間由時(shí)鐘高電平期最短的器件決定。I2C總線的傳輸協(xié)議與數(shù)據(jù)傳送起始和停止條件在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始和結(jié)束。在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)（也稱啟動(dòng)和停止信號(hào)）的定義如圖3所示。開(kāi)始信號(hào)：當(dāng)時(shí)鐘總線SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA由高電平向低電平跳變，開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。結(jié)束信號(hào)：當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線從低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)都是由主器件產(chǎn)生。在開(kāi)始信號(hào)以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)，其它器件不能再產(chǎn)生開(kāi)始信號(hào)。主器件在結(jié)束信號(hào)以后退出主器件角色，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間過(guò)，總線被認(rèn)為是空閑的。圖3超始和停止信號(hào)圖數(shù)據(jù)格式I2C總線數(shù)據(jù)傳送采用時(shí)鐘脈沖逐位串行傳送方式，在SCL的低電平期間，SDA線上高、低電平能變化，在高電平期間，SDA上數(shù)據(jù)必須保護(hù)穩(wěn)定，以便接收器采樣接收，時(shí)序如圖4所示。圖4 數(shù)據(jù)傳送時(shí)序圖I2C總線發(fā)送器送到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須為8位長(zhǎng)，傳送時(shí)高位在前，低位在后。與之對(duì)應(yīng)，主器件在SCL線上產(chǎn)生8個(gè)脈沖； 第9個(gè)脈沖低電平期間，發(fā)送器釋放SDA線，接收器把SDA線拉低，以給出一個(gè)接收確認(rèn)位；第9個(gè)脈沖高電平期間，發(fā)送器收到這個(gè)確認(rèn)位然后開(kāi)始下一字節(jié) 的傳送，下一個(gè)字節(jié)的第一個(gè)脈沖低電平期間接收器釋放SDA。每個(gè)字節(jié)需要9個(gè)脈沖，每次傳送的字節(jié)數(shù)是不受限制的。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是在I2C總線開(kāi)始信號(hào)后，送出的第一字節(jié)數(shù)據(jù)是用來(lái)選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為 方向位（R/W）。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫(xiě)到所選擇的從器件中；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。格式如下： 1010A2A1A0R/W注：前四位固定為1010。開(kāi)始信號(hào)后，系統(tǒng)中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位（R/W）決定。發(fā)送完第一個(gè)字節(jié)后再開(kāi)始發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)。響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)。相關(guān)的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生，當(dāng)主器件發(fā)送完一字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對(duì)應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘 （ACK）認(rèn)可位，此時(shí)鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的響應(yīng)信號(hào)將SDA線拉成低電平，使SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電 平。從器件的響應(yīng)信號(hào)結(jié)束后，SDA線返回高電平，進(jìn)入下一個(gè)傳送周期。通常被尋址的接收器在接收到的每個(gè)字節(jié)后必須產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)。當(dāng)從機(jī)不能響應(yīng)從機(jī)地址時(shí)，從機(jī)必須使數(shù) 據(jù)線保持高電平，主機(jī)然后產(chǎn)生一個(gè)停止條件終止傳輸或者產(chǎn)生重復(fù)起始條件開(kāi)始新的傳輸。如果從機(jī)接收器響應(yīng)了從機(jī)地址但是在傳輸了一段時(shí)間后不能接收更多 數(shù)據(jù)字節(jié)，主機(jī)必須再一次終止傳輸。這個(gè)情況用從機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后沒(méi)有產(chǎn)生響應(yīng)來(lái)表示。從機(jī)使數(shù)據(jù)線保持高電平主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止或重復(fù)起始條件。完整的數(shù) 據(jù)傳送過(guò)程如圖5所示。圖5 完整的數(shù)據(jù)傳送過(guò)程I2C總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。若一個(gè)器件不需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數(shù)據(jù)，則可以忽咯該地址不作響應(yīng)。如果該器件需要廣播呼叫尋址中按需提供的數(shù)據(jù)，則應(yīng)對(duì)地址作出響應(yīng)，其表現(xiàn)為一個(gè)接收器。24C系列存儲(chǔ)器的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)例IIC總線常用的芯片有24C01、24C02、24C04、24C08等，下面以目前在單片機(jī)系統(tǒng)中常用的帶I2C接口的EEPROM芯片AT24C02為例，介紹I2C器件的基本應(yīng)用，不同型號(hào)的24C芯片，只是容量大小不同，讀寫(xiě)方式與基本原理幾乎一樣。AT24C02簡(jiǎn)介AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含2568位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬 （2.55.5V）、擦寫(xiě)次數(shù)多（大于10000次）、寫(xiě)入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。AT24C02中帶有片內(nèi)尋址寄存器。每寫(xiě)入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù) 字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的操作。所有字節(jié)都以單一操作方式讀取。為降低總的寫(xiě)入時(shí)間，一次操作可寫(xiě)入多達(dá)8字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖 6為AT24C系列芯片的封裝圖。各引腳功能如下：圖6 24C系列芯片封裝圖SCL：串行時(shí)鐘。在該引腳的上升沿時(shí)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)輸入到每個(gè)EEPROM器件，在下降沿時(shí)輸出。SDA：串行數(shù)據(jù)。該引腳為開(kāi)漏極驅(qū)動(dòng)，可雙向傳送數(shù)據(jù)。A0、A1、A2：器件/頁(yè)面尋址。為器件地址輸入端。WP：硬件寫(xiě)保護(hù)。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)禁止寫(xiě)入，當(dāng)為低電平時(shí)可正常讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。VCC：電源。一般輸入+5V電壓。VSS：接地。程序功能本例的程序功能是利用單片機(jī)與24C02進(jìn)行I2C通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)某一地址內(nèi)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)校驗(yàn)操作。本程序先對(duì)地址0x01和0x02地址內(nèi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)0x55和0xAA，然后讀其中一個(gè)地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，并在數(shù)碼管上顯示驗(yàn)證。本程序 默認(rèn)是讀取0x02地址內(nèi)的數(shù)據(jù)，讀者也可以改變地址來(lái)讀取其它空間內(nèi)的數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前要先將實(shí)驗(yàn)板上功能選擇開(kāi)關(guān)調(diào)到24C*位置上，如圖7所 示，程序執(zhí)行效果如圖8所示。圖7圖8 24C02實(shí)驗(yàn)演示圖硬件原理圖圖9 硬件原理圖程序流程圖圖10 程序流程圖相信看到這里，你應(yīng)該可以理解我們是如何利用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行IIC總線的讀寫(xiě)操作了，你也可以根據(jù)自己的需要來(lái)寫(xiě)芯片讀寫(xiě)、存儲(chǔ)的相關(guān)程 序。由于篇幅有限，讀者朋友可以通過(guò)網(wǎng)站或電子郵件一起交流與學(xué)習(xí)。在下幾期中，我們將陸續(xù)介紹51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的其它功能原理與應(yīng)用。iic總線程序2009-06-12 20:47I2C(InterIntegrated Circuit)串行總線是PHILIPS公司推出的一種是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括裁決和高低速設(shè)備同步等功能的高性能串行總線,用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C 總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系 統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。可隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線器件同時(shí)接到I2C總線上，所有I2C兼容的器件都具有標(biāo)準(zhǔn)的接口，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象，使它們可以經(jīng)由I2C總線互相直接通信。 iic數(shù)據(jù)傳輸格式如下： 超始位被控接收器地址R/W應(yīng)答位數(shù)據(jù)應(yīng)答位、停止位在傳輸數(shù)據(jù)開(kāi)始前，主控器件應(yīng)發(fā)送起始位，通知從器件做好接收準(zhǔn)備；在傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束時(shí)，主控器件應(yīng)發(fā)送停止位，通知從器件停止接收，起始位時(shí)序：當(dāng)SCL位為高位時(shí)，SDA線由高到低的轉(zhuǎn)換。停止位時(shí)序：當(dāng)SCL位為高位時(shí)，SDA線由低到高的轉(zhuǎn)換。SDA上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘高電平期間必須保持穩(wěn)定，在SCL低電平期間才可以改變，輸出到SDA 線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，每個(gè)字節(jié)必須有一個(gè)應(yīng)答位ACK，與應(yīng)答位對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須拉低SDA線。SDA線連續(xù)寫(xiě)操作數(shù)據(jù)狀態(tài)為：(S表示開(kāi)始信號(hào)START，A表示應(yīng)答信號(hào)ACK，P表示停止信號(hào)STOP ) /* 全局符號(hào)定義 */#define HIGH 1#define LOW 0#define FALSE 0#define TRUE FALSE#define function#define end_if#define end_for#define byte unsigned charsbit SCL = 0x96 ;sbit SDA = 0x97 ;/* 函數(shù)原型: void function delay(void);* 功 能: 本函數(shù)實(shí)際上只有一條返回指令, 在具體應(yīng)用中可視具體要求增加延時(shí) * 指令。*/void function delay( void ) ;/* 函數(shù)原型: void function I2C_start(void);* 功 能: 提供I2C總線工作時(shí)序中的起始位。 */void function I2C_start( void ) SDA=HIGH;SCL = HIGH ;delay();SDA = LOW ;delay() ;SCL = LOW ;delay() ;/* 函數(shù)原型: void function I2C_stop(void);* 功 能: 提供I2C總線工作時(shí)序中的停止位。*/void function I2C_stop( void ) SDA = LOW ;SCL = HIGH ;delay() ;SDA = HIGH ;delay() ;SCL = LOW ;delay() ;/* 函數(shù)原型: void function I2C_init(void);* 功 能: I2C總線初始化。在main()函數(shù)中應(yīng)首先調(diào)用本函數(shù), 然后再調(diào)用* 其它函數(shù)。 */void function I2C_init( void ) SCL = LOW ;I2C_stop() ;/* 函數(shù)原型: bit function I2C_clock(void);* 功 能: 提供I2C總線的時(shí)鐘信號(hào), 并返回在時(shí)鐘電平為高期間SDA 信號(hào)線上狀* 態(tài)。本函數(shù)可用于數(shù)據(jù)發(fā)送, 也可用于數(shù)據(jù)接收。 */bit function I2C_clock( void ) bit sample ;SCL = HIGH ;delay() ;sample = SDA ;SCL = LOW ;delay() ;return ( sample ) ;/* 函數(shù)原型: bit function I2C_send(byte I_data);* 功 能: 向I2C總線發(fā)送8位數(shù)據(jù), 并請(qǐng)求一個(gè)應(yīng)答信號(hào)ACK。如果收到ACK應(yīng)答* 則返回1(TRUE), 否則返回0(FALSE)。 */bit function I2C_send( byte I2C_data ) register byte i ;/* 發(fā)送8位數(shù)據(jù) */for ( i=0 ; i8 ; i+ ) SDA = (bit)( I2C_data & 0x80 ) ; I2C_data = I2C_data 1 ; I2C_clock() ;end_for/* 請(qǐng)求應(yīng)答信號(hào)ACK */SDA = HIGH ;return ( I2C_clock() ) ;/* 函數(shù)原型: byte function I2C_receive(void);* 功 能: 從I2C總線上接收8位數(shù)據(jù)信號(hào), 并將接收到8位數(shù)據(jù)作為一個(gè)字節(jié)* 返回, 不回送應(yīng)答信號(hào)ACK。主函數(shù)在調(diào)用本函數(shù)之前應(yīng)保證SDA信* 號(hào)線處于浮置狀態(tài), 即使8051的P1.7腳置1。 */byte function I2C_receive( void ) byte I2C_data = 0 ;register byte i ;for ( i=0 ; i8 ; i+ ) I2C_data =1 ; if ( I2C_clock() ) I2C_data+ ; end_ifend_for return ( I2C_data ) ;/* 函數(shù)原型: void function I2C_ack(void);* 功 能: 向I2C總線發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)ACK, 一般用于連續(xù)數(shù)據(jù)讀取時(shí)。*/void function I2C_ack( void ) SDA = LOW ;I2C_clock() ;SDA = HIGH ;/*/* 函數(shù)原型: void function I2C_nack(void);* 功 能: 向I2C總線發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)NACK。*/void function I2C_nack( void ) SDA = HIGH ;I2C_clock() ;SDA = LOW;=* * 上面給出的是I2C總線基本操作函數(shù), 下面給出的是幾個(gè)對(duì)I2C總線接口器件* 24C04操作的函數(shù)。* =*/#define WRITE 0xA0 /* 定義24C04的器件地址SLA和方向位W */#define READ 0xA1 /* 定義24C04的器件地址SLA和方向位R */#define BLOCK_SIZE 32 /* 定義指定字節(jié)個(gè)數(shù) */extern xdata byte EAROMImageBLOCK_SIZE;/* 在外部RAM中定義存儲(chǔ)映象單元 */* 函數(shù)原型: bit function E_address(byte Address);* 功 能: 向24C04寫(xiě)入器件地址和一個(gè)指定的字節(jié)地址。*/bit function E_address( byte Address ) I_start() ;if ( I_send( WRITE ) ) return ( I_send( Address ) ) ;else return ( FALSE ) ;end_if/* 函數(shù)原型: bit function E_read_block(void);* 功 能: 從24C04中讀取BLOCK_SIZE個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)存于外部RAM存儲(chǔ)映象* 單元, 采用序列讀操作方式從片內(nèi)0地址開(kāi)始連續(xù)讀取數(shù)據(jù)。如果* 24C04不接受指定的地址則返回0(FALSE)。*/bit function E_read_block( void ) register byte i ;/* 從地址0開(kāi)始讀取數(shù)據(jù) */if ( E_address( 0 ) ) /* 發(fā)送重復(fù)啟動(dòng)信號(hào) */ I_start() ; if ( I_send( READ ) ) for ( i=0 ; i=BLOCK_SIZE ; i+ ) EAROMImagei = ( I_receive() ) ; if ( i != BLOCK_SIZE ) I_Ack() ; else I_clock() ; I_stop() ; end_if end_for return ( TRUE ) ; else I_stop() ; return ( FALSE ) ; end_if else I_stop() ; return ( FALSE ) ;end_if/* 函數(shù)原型: void function wait_5ms(void);* 功 能: 提供5ms延時(shí)(時(shí)鐘頻率為12MHz)。*/void function wait_5ms( void ) register int i ;for ( i=0 ; i1000 ; i+ ) ;end_for/* 函數(shù)原型: bit function E_write_block(void);* 功 能: 將外部RAM存儲(chǔ)映象單元中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到24C04的頭BLOCK_SIZE個(gè)字節(jié)。* 采用字節(jié)寫(xiě)操作方式, 每次寫(xiě)入時(shí)都需要指定片內(nèi)地址。如果24C04* 不接受指定的地址或某個(gè)傳送的字節(jié)未收到應(yīng)答信號(hào)ACK, 則返回0* (FALSE)。 */bit function E_write_block( void ) register byte i ;for ( i=0 ; i=BLOCK_SIZE ; i+ ) if ( E_address(i) & I_send( EAROMImagei ) ) I_stop() ; wait_5ms(); else return ( FALSE ) ; end_ifend_for return ( TRUE ) ;I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率為400kb/s，各種被控電路均并聯(lián)在這條總線上，每個(gè)電路都有唯一的地址。在信息的傳輸過(guò)程當(dāng)中，I2C總線上并聯(lián)的每一個(gè)模塊電路既是被控器（或是主控器），又是發(fā)送器（或是接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和數(shù)據(jù)碼兩部分：地址碼用來(lái)選址，及接通需要控制的電路；數(shù)據(jù)碼是通信的內(nèi)容，這樣各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立。IIC總線工作原理2009-04-30 14:36IIC總線工作原理 I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。 起始和終止信號(hào) ：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。如果一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，則自動(dòng)認(rèn)為從機(jī)已正確接收到數(shù)據(jù)。 AT24C02的芯片地址如下圖，1010為固定，A0，A1，A2正好與芯片的1，2，3引角對(duì)應(yīng)，為當(dāng)前電路中的地址選擇線，三根線可選擇8個(gè)芯片同時(shí)連接在電路中，當(dāng)要與哪個(gè)芯片通信時(shí)傳送相應(yīng)的地址即可與該芯片建立連接，TX-1B實(shí)驗(yàn)板上三根地址線都為0。最后一位R/W為告訴從機(jī)下一字節(jié)數(shù)