實驗二 I2C存儲器實驗重點講義

1、I2C存儲器實驗實驗目的 1、了解I2C總線的工作原理 2、掌握I2C總線驅動程序的設計和調試方法 3、掌握I2C總線存儲器的讀寫方法 實驗儀器 單片機開發(fā)板、穩(wěn)壓電源、計算機 實驗原理 1、 I2C總線常識 I2C總線采用一個雙線式漏極開路接口，可在一根總線上支持多個器件和主控器。所連接的器件只會把總線拉至低電平，而決不會將其驅動至高電平?？偩€在外部通過一個電流源或上拉電阻器連接至一個正電源電壓。當總線空閑時，兩條線路均為高電平。在標準模式中，I2C 總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達100kbit/s

2、，而在快速模式中則高達400kbit/s。 I2C總線上的每個器件均由一個存儲于該器件中的唯一地址來識別，并可被用作一個發(fā)送器或接收器（視其功能而定）。除了發(fā)送器和接收器之外，在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時，還可把器件視作主控器或受控器。主控器是負責啟動總線上的數(shù)據(jù)傳輸并生成時鐘信號以允許執(zhí)行該傳輸?shù)钠骷?。同時，任何被尋址的器件均被視作受控器。 CAT24WC01/02/04/08/16是一個1K/2K/4K/8K/16K位串行CMOS EEPROM，內(nèi)部含有128/256/512/1024/2048個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進CMOS技術實質上減少了器件的功耗，CA

3、T24WC01有一個8字節(jié)頁寫緩沖器，CAT24WC02/04/08/16有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，該器件通過I2C總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能，并且器件能與400KHzI2C總線兼容。 引腳名稱和功能如圖1所示。       圖1  24系例I2C存儲器引腳說明通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實現(xiàn)將最多8個24WC01和24WC02器件4個24WC04器件,2個24WC08器件和1個24WC16器件連接到總線上。 2、I2C總線協(xié)議 （1）只有在總線空閑時才允許啟動

4、數(shù)據(jù)傳送。 （2）在數(shù)據(jù)傳送過程中，當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線的任何電平變化將被看作總線的起始或停止信號。 （3）起始信號 時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從高到低的跳變作為I2C 總線的起始信號。(4) 停止信號 時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線電平從低到高的跳變作為I2C 總線的停止信號。 I2C 總線時序：             

5、;         I2C 總線時序圖I2C總線啟動停止信號波形：SCL為高電平，SDA降沿為啟動信號；SCL為高電平，SDA上升沿為停止信號。  I2C 總線啟動停止信號I2C總線寫周期波形：SCL正脈沖鎖存數(shù)據(jù)，或SCL為高電平數(shù)據(jù)有效。SCL高電平期間SDA數(shù)據(jù)應保持不變。      I2C 總線寫時序波形I2C總線應答信號波形：I2C總線數(shù)據(jù)傳送時，每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須

6、產(chǎn)生一個應答信號。應答的器件在第9個時鐘周期時將SDA線拉低，表示其已收到一個8 位數(shù)據(jù)。        I2C 總線讀時序3、24C系列存儲器讀寫操作 （1）24系列常用存儲器器件地址安排        24系例存儲器器件地址安排 （2）字節(jié)寫操作 在字節(jié)寫模式下，主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息（R/W位置零）給從器件，在從器件產(chǎn)生應答信號后，主器件發(fā)送CAT24WC01/02/04/08/

7、16的1字節(jié)地址（存儲容量大的存儲器字節(jié)地址兩字節(jié)），主器件在收到從器件的另一個應答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元。CAT24WC01/02/04/08/16再次應答，并在主器件產(chǎn)生停止信號后，開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在內(nèi)部擦寫過程中從器件不再應答主器件的任何請求（10ms）。如圖所示。      字節(jié)寫操作數(shù)據(jù)幀結構 （3）頁寫操作（提高寫入速度） 根據(jù)頁緩沖區(qū)的大小，頁寫的字節(jié)數(shù)不能超過緩沖區(qū)大小。如果在發(fā)送停止信號之前主器件發(fā)送超過緩沖區(qū)大小，地址計數(shù)器將自動翻轉，先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。如圖所示。 

8、0;    頁寫操作數(shù)據(jù)幀結構（4）當前地址讀操作 當讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，存儲器內(nèi)部地址計數(shù)器加1。當讀到最后一字節(jié)時，計數(shù)器將翻轉到0且繼續(xù)輸出數(shù)據(jù)。CAT24WC01/02/04/08/16 接收到從器件地址信號后（R/W 位置1），它首先發(fā)送一個應答信號，然后發(fā)送一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)。主器件產(chǎn)生一個非應答信號（這里是主器件發(fā)送的非應答信號），再產(chǎn)生一個停止信號。如圖所示。當前地址讀操作數(shù)據(jù)幀結構（5）任意地址讀操作、連續(xù)讀操作   任意地址讀、連續(xù)讀操作數(shù)據(jù)幀結構4、 I2C總線存儲

9、讀寫程序設計 I2C總線存儲器讀寫程序分為兩層：硬件接口程序和存儲器讀寫程序。其中硬件接口程序有：總線啟動、停止、發(fā)數(shù)據(jù)、收數(shù)據(jù)、發(fā)響應、發(fā)非響應、讀從器件響應狀態(tài)等。存儲器讀寫程序有：單字節(jié)寫數(shù)據(jù)、頁寫數(shù)據(jù)、當前地址讀數(shù)據(jù)、任意地址讀數(shù)據(jù)、連續(xù)讀數(shù)據(jù)等。 參考上面的時序圖設計硬件接口相關子程序。      I2C總線接口程序流程圖              I2C總線數(shù)據(jù)讀寫

10、流程圖 存儲器讀寫程序設計。這里以單字節(jié)讀、寫程序為例說明，其它子程序由讀者自行設計。                        I2C存儲器單字節(jié)讀寫流程圖 實驗參考程序:/* 普中科技-* 實 驗 名 : 24C02EEPROM存儲試驗* 實驗說明 : 使用LCD1602顯示寫入的數(shù)據(jù)和讀出的數(shù)據(jù)* 連接方式 : 見連接圖* 注

11、意 : */#include<reg51.h>#include"i2c.h"#include"lcd.h"/-定義使用的IO口-/數(shù)碼管IO#define GPIO_DIGP0sbit LSA=P22;sbit LSB=P23;sbit LSC=P24;/按鍵IOsbit K1=P30;sbit K2=P31;sbit K3=P32;sbit K4=P33;/-定義全局變量-/unsigned char wordCode06 = "write:"unsigned char wordCode16 = " read:

12、" /-聲明全局函數(shù)-/void At24c02Write(unsigned char ,unsigned char );unsigned char At24c02Read(unsigned char );void Delay10ms(unsigned int c); /誤差 0us/* 函數(shù)名 : main* 函數(shù)功能 : 主函數(shù)* 輸入 : 無* 輸出 : 無*/void main()unsigned int num0 = 0,num1 = 0,n;LcdInit();LcdWriteCom(0x80);for(n=0; n<6; n+)LcdWriteData(wordC

13、ode0n);LcdWriteCom(0x80 + 0x40);for(n=0; n<6; n+)LcdWriteData(wordCode1n);while(1)if(K1 = 0) /按鍵1按下Delay10ms(1);if(K1 = 0)At24c02Write(2,num0);while(n < 50)&&(K3=0)n+;Delay10ms(1);n=0;n=0;if(K2 = 0) /按鍵2按下Delay10ms(1);if(K2 = 0)num1 = At24c02Read(2);while(n < 50)&&(K2 = 0)n+

14、;Delay10ms(1);n=0;if(K3 = 0) /按鍵3按下Delay10ms(1);if(K3 = 0)num0+;while(n < 50)&&(K3 = 0)n+;Delay10ms(1);n=0;if(num0=256)num0=0;if(K4 = 0) /按鍵4按下Delay10ms(1);if(K4 = 0)num0 = 0;while(n < 50) && (K4 = 0)n+;Delay10ms(1);n=0;LcdWriteCom(0x87);LcdWriteData('0' + (num0/1000);/

15、千位LcdWriteData('0' + (num0%1000/100);/百位LcdWriteData('0' + (num0%1000%100/10);/十位LcdWriteData('0' + (num0%1000%100%10);/個位LcdWriteCom(0x87 + 0x40);LcdWriteData('0' + (num1/1000);/千位LcdWriteData('0' + (num1%1000/100);/百位LcdWriteData('0' + (num1%1000%100

16、/10);/十位LcdWriteData('0' + (num1%1000%100%10);/個位 /* 函 數(shù) 名 : Delay10ms* 函數(shù)功能 : 延時函數(shù)，延時10ms* 輸 入 : 無* 輸 出 : 無*/void Delay10ms(unsigned int c) /誤差 0us unsigned char a, b;/-c已經(jīng)在傳遞過來的時候已經(jīng)賦值了，所以在for語句第一句就不用賦值了-/ for (;c>0;c-)for (b=38;b>0;b-)for (a=130;a>0;a-); /* 函 數(shù) 名 : void At24c02Wri

17、te(unsigned char addr,unsigned char dat)* 函數(shù)功能 : 往24c02的一個地址寫入一個數(shù)據(jù)* 輸 入 : 無* 輸 出 : 無*/void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)I2C_Start();I2C_SendByte(0xa0, 1);/發(fā)送寫器件地址I2C_SendByte(addr, 1);/發(fā)送要寫入內(nèi)存地址I2C_SendByte(dat, 0);/發(fā)送數(shù)據(jù)I2C_Stop();/* 函 數(shù) 名 : unsigned char At24c02Read(unsigned ch

18、ar addr)* 函數(shù)功能 : 讀取24c02的一個地址的一個數(shù)據(jù)* 輸 入 : 無* 輸 出 : 無*/unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)unsigned char num;I2C_Start();I2C_SendByte(0xa0, 1); /發(fā)送寫器件地址I2C_SendByte(addr, 1); /發(fā)送要讀取的地址I2C_Start();I2C_SendByte(0xa1, 1); /發(fā)送讀器件地址num=I2C_ReadByte(); /讀取數(shù)據(jù)I2C_Stop();return num;#include"i2c.

19、h"/* 函 數(shù) 名 : Delay1us()* 函數(shù)功能 : 延時* 輸 入 : 無* 輸 出 : 無*/void I2C_Delay10us()uchar a, b;for(b=1; b>0; b-)for(a=2; a>0; a-);/* 函 數(shù) 名 : I2C_Start()* 函數(shù)功能 : 起始信號：在I2C_SCL時鐘信號在高電平期間I2C_SDA信號產(chǎn)生一個下降沿* 輸 入 : 無* 輸 出 : 無* 備 注 : 起始之后I2C_SDA和I2C_SCL都為0*/void I2C_Start()I2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();I2C_S

20、CL = 1;I2C_Delay10us();/建立時間是I2C_SDA保持時間>4.7usI2C_SDA = 0;I2C_Delay10us();/保持時間是>4usI2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();/* 函 數(shù) 名 : I2C_Stop()* 函數(shù)功能 : 終止信號：在I2C_SCL時鐘信號高電平期間I2C_SDA信號產(chǎn)生一個上升沿* 輸 入 : 無* 輸 出 : 無* 備 注 : 結束之后保持I2C_SDA和I2C_SCL都為1；表示總線空閑*/void I2C_Stop()I2C_SDA = 0;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;

21、I2C_Delay10us();/建立時間大于4.7usI2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();/* 函 數(shù) 名 : I2cSendByte(uchar num)* 函數(shù)功能 : 通過I2C發(fā)送一個字節(jié)。在I2C_SCL時鐘信號高電平期間，* * 保持發(fā)送信號I2C_SDA保持穩(wěn)定* 輸 入 : num ,ack* 輸 出 : 0或1。發(fā)送成功返回1，發(fā)送失敗返回0* 備 注 : 發(fā)送完一個字節(jié)I2C_SCL=0, 需要應答則應答設置為1，否則為0*/uchar I2C_SendByte(uchar dat, uchar ack)uchar a = 0,b = 0;/最大255

22、，一個機器周期為1us，最大延時255us。for(a=0; a<8; a+)/要發(fā)送8位，從最高位開始I2C_SDA = dat >> 7; /起始信號之后I2C_SCL=0，所以可以直接改變I2C_SDA信號dat = dat << 1;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;I2C_Delay10us();/建立時間>4.7usI2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();/時間大于4usI2C_SDA = 1;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 1;while(I2C_SDA && (ack

23、= 1)/等待應答，也就是等待從設備把I2C_SDA拉低b+;if(b > 200) /如果超過200us沒有應答發(fā)送失敗，或者為非應答，表示接收結束I2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();return 0;I2C_SCL = 0;I2C_Delay10us(); return 1;/* 函 數(shù) 名 : I2cReadByte()* 函數(shù)功能 : 使用I2c讀取一個字節(jié)* 輸 入 : 無* 輸 出 : dat* 備 注 : 接收完一個字節(jié)I2C_SCL=0*/uchar I2C_ReadByte()uchar a = 0,dat = 0;I2C_SDA = 1;/起始和發(fā)

24、送一個字節(jié)之后I2C_SCL都是0I2C_Delay10us();for(a=0; a<8; a+)/接收8個字節(jié)I2C_SCL = 1;I2C_Delay10us();dat <<= 1;dat |= I2C_SDA;I2C_Delay10us();I2C_SCL = 0;I2C_Delay10us();return dat;#include"lcd.h"/* 函 數(shù) 名 : Lcd1602_Delay1ms* 函數(shù)功能 : 延時函數(shù)，延時1ms* 輸 入 : c* 輸 出 : 無* 說 名 : 該函數(shù)是在12MHZ晶振下，12分頻單片機的延時。*/vo

25、id Lcd1602_Delay1ms(uint c) /誤差 0us uchar a,b;for (; c>0; c-) for (b=199;b>0;b-) for(a=1;a>0;a-); /* 函 數(shù) 名 : LcdWriteCom* 函數(shù)功能 : 向LCD寫入一個字節(jié)的命令* 輸 入 : com* 輸 出 : 無*/#ifndef LCD1602_4PINS /當沒有定義這個LCD1602_4PINS時void LcdWriteCom(uchar com) /寫入命令LCD1602_E = 0; /使能LCD1602_RS = 0; /選擇發(fā)送命令LCD1602_R

26、W = 0; /選擇寫入LCD1602_DATAPINS = com; /放入命令Lcd1602_Delay1ms(1);/等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定LCD1602_E = 1; /寫入時序Lcd1602_Delay1ms(5); /保持時間LCD1602_E = 0;#else void LcdWriteCom(uchar com) /寫入命令LCD1602_E = 0; /使能清零LCD1602_RS = 0; /選擇寫入命令LCD1602_RW = 0; /選擇寫入LCD1602_DATAPINS = com;/由于4位的接線是接到P0口的高四位，所以傳送高四位不用改Lcd1602_Delay1ms(

27、1);LCD1602_E = 1; /寫入時序Lcd1602_Delay1ms(5);LCD1602_E = 0;/Lcd1602_Delay1ms(1);LCD1602_DATAPINS = com << 4; /發(fā)送低四位Lcd1602_Delay1ms(1);LCD1602_E = 1; /寫入時序Lcd1602_Delay1ms(5);LCD1602_E = 0;#endif/* 函 數(shù) 名 : LcdWriteData* 函數(shù)功能 : 向LCD寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)* 輸 入 : dat* 輸 出 : 無*/ #ifndef LCD1602_4PINS void LcdWriteData(uchar dat)/寫入數(shù)據(jù)LCD1602_E = 0;/使能清零LCD1602_RS = 1;/選擇輸入數(shù)據(jù)LCD1602_RW = 0;/選擇寫入LCD1602_DATAPINS = dat; /寫入數(shù)據(jù)Lcd1