大學(xué)單片機(jī)i方C串行總線的應(yīng)用基本知識(shí)儲(chǔ)存器課件

1一、I2C串行總線的組成及工作原理采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。常用的串行總線有：I2C

（InterICBUS）總線、單總線（1－WIREBUS）、SPI（SerialPeripheralInterface）總線及Microwire/PLUS等。1一、I2C串行總線的組成及工作原理采用串行總線技術(shù)可以使系2I2C串行總線概述

I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。速率可達(dá)100Kb/s或400Kb/s。

I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。2I2C串行總線概述I2C總線是PHLIPS公司推出的一種3I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。3I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩4

每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其它器件間可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。

在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過(guò)總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。在80C51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，我們經(jīng)常遇到的是以80C51單片機(jī)為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。

4每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其51數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定

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。二、I2C總線的數(shù)據(jù)傳送51數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定二、I2C總線的數(shù)據(jù)傳送62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)。

62起始和終止信號(hào)SCL線為高電平期間，SDA線由7

起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。

連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線硬件接口，則能檢測(cè)到起始和終止信號(hào)。對(duì)于不具備I2C總線硬件接口的設(shè)備（包括單片機(jī)），為了檢測(cè)起始和終止信號(hào)，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線SDA采樣兩次。

傳送中斷：接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，可能需要完成其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，無(wú)法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使之為高電平，主機(jī)便可繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。7起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后83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）。

83數(shù)據(jù)傳送格式每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)9

無(wú)應(yīng)答：由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。

如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。

當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。9無(wú)應(yīng)答：由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如10（2）數(shù)據(jù)幀格式

I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。

在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。連續(xù)傳送：若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。

10（2）數(shù)據(jù)幀格式在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址11a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：注：陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。

A表示應(yīng)答，A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送組合方式：11a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變12b、主機(jī)發(fā)送第一個(gè)字節(jié)后，由從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫(xiě)方向位正好反相，即連續(xù)傳送。12b、主機(jī)發(fā)送第一個(gè)字節(jié)后，由從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，13三、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。

1尋址字節(jié)的位定義

D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。13三、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用14主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/T位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。14主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的152尋址字節(jié)中的特殊地址固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途。

152尋址字節(jié)中的特殊地址163起始字節(jié)

不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通過(guò)軟件不斷地檢測(cè)總線，以便及時(shí)地響應(yīng)總線的請(qǐng)求。單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長(zhǎng)的起始過(guò)程加以引導(dǎo)。

起始字節(jié)是提供給沒(méi)有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。163起始字節(jié)不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須17四、51單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)I2C串行接口

為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。見(jiàn)圖：1模擬IIC總線數(shù)據(jù)傳送

不帶I2C總線接口的單片機(jī)，如AT89C51、2051等，可利用軟件實(shí)現(xiàn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送，即軟件與硬件結(jié)合的信號(hào)模擬。

17四、51單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)I2C串行接口為了保證數(shù)據(jù)18教材未標(biāo)明SDA和SCL18教材未標(biāo)明SDA和SCL192典型信號(hào)模擬子程序

C51函數(shù)VoidI2CStart(void){ SDA=1; SCL=1; SDA=0; SCL=0;}（1）起始信號(hào)start:setbSDA nopsetbSCL nop clrSDA nop clrSCL nop ret192典型信號(hào)模擬子程序 C51函數(shù)（1）起始信號(hào)20

C51函數(shù)voidI2cStop(void){ SCL=0; SDA=0; SCL=1; SDA=1;}（2）終止信號(hào)stop:clrSCL nop clrSDA nop setbSCL nop setbSDA nop ret20 C51函數(shù)（2）終止信號(hào)21

3用I2C總線擴(kuò)展器件擴(kuò)展電路（單片機(jī)管腳靈活）213用I2C總線擴(kuò)展器件擴(kuò)展電路（單片機(jī)管腳靈活）22

4串行E2PROM的擴(kuò)展

（1）串行E2PROM典型產(chǎn)品AT24C01：128字節(jié)（128×8位）；

AT24C02：256字節(jié)（256×8位）；AT24C04：512字節(jié)（512×8位）AT24C08：1K字節(jié)（1K×8位）；AT24C16：2K字節(jié)（2K×8位）；固定地址部分為1010ATMEL公司的AT24C系列：

224串行E2PROM的擴(kuò)展（1）串行E2PRO23

（2）寫(xiě)入過(guò)程

AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電平后得到確定的3位編碼。形成的7位編碼即為該器件的地址碼。大于256字節(jié)的存儲(chǔ)器，管腳A2-A0不使用。

單片機(jī)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫(xiě)方向位“0”（共8位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為響應(yīng)，單片機(jī)收到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。23（2）寫(xiě)入過(guò)程單片機(jī)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，首先發(fā)送24

傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫(xiě)入器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。

AT24C系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加1，在芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”（不同芯片字節(jié)數(shù)不同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過(guò)芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”時(shí)，數(shù)據(jù)地址將“上卷”，前面的數(shù)據(jù)將被覆蓋。

當(dāng)要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束寫(xiě)入操作。寫(xiě)入n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：

終止信號(hào)到重新起始的時(shí)間為10ms。24傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫(xiě)入器件的25

（3）讀出過(guò)程單片機(jī)先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫(xiě)方向位“0”（“偽寫(xiě)”），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為相應(yīng)。

然后，再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到應(yīng)答后，單片機(jī)要重復(fù)起始信號(hào)并發(fā)出器件地址和讀方向位（“1”），收到器件應(yīng)答后就可以讀出數(shù)據(jù)字節(jié)，每讀出一個(gè)字節(jié)，單片機(jī)都要回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)讀完后，單片機(jī)應(yīng)返回以“非應(yīng)答”（高電平），并發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束讀出操作。

25（3）讀出過(guò)程然后，再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器26單片機(jī)訪問(wèn)I2C存儲(chǔ)器示例例，存儲(chǔ)器為24C02，A2-A0地址信號(hào)接地，89C51單片機(jī)的P1.1和P1.0分別連接存儲(chǔ)器的SCL和SDA信號(hào)，如圖。編寫(xiě)程序完成單個(gè)字節(jié)寫(xiě)入和讀取功能。入口參數(shù)：R3器件地址，R4片內(nèi)地址，R1保存在單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)地址指針。26單片機(jī)訪問(wèn)I2C存儲(chǔ)器示例27寫(xiě)入源程序（P1.0data，P1.1clk）W24:CLRP1.0;發(fā)開(kāi)始信號(hào)

MOVA，R3;送器件地址

LCALLSBYTEMOVA，R4;送片內(nèi)地址

LCALLSBYTEMOVA，@R1LCALLSBYTE;發(fā)單個(gè)字節(jié)

CLRP1.0;準(zhǔn)備停止

NOP;降低傳輸速率

SETBP1.1NOPSETBP1.0;發(fā)停止信號(hào)

RETSBYTE:;發(fā)送單字節(jié)（8個(gè)bit）子程序

MOVR0,#08HLP:CLRP1.1RLCA;移待發(fā)數(shù)據(jù)位到CMOVP1.0，C;送一bit到數(shù)據(jù)總線

NOPSETBP1.1NOPDJNZR0，LP;循環(huán)8次

CLRP1.1SETBP1.0;允許對(duì)方應(yīng)答

NOPSETBP1.1WT:MOVC，P1.0JCWT;等待答到

CLRP1.1;對(duì)方撤銷應(yīng)答

RET27寫(xiě)入源程序（P1.0data，P1.1clk）W2428C51寫(xiě)入源程序#include<REG52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharsbitSDA=P1^0;

sbitSCL=P1^1;

voidSbyte(ucharc){ucharbcount;for(bcount=0;bcount<8;bcount++){SCL=0;if((c<<bcount)&0x80)SDA=1;

else

SDA=0;_nop_();SCL=1;Delay();}SCL=0;SDA=1;Delay();SCL=1;while(SDA);SCL=0;}voidW24EP(ucharaddr1,uchar*addr2){ P1=0xff;SDA=0;Sbyte(0xa0);Sbyte(addr1);Sbyte(*addr2);SDA=0;Delay();SCL=1;Delay();SDA=1;}28C51寫(xiě)入源程序#include<REG52.h>29讀單字節(jié)取源程序（P1.0data，P1.1clk）R24EP:MOVP1,#0FFHCLRP1.0;發(fā)開(kāi)始信號(hào)

MOVA,R3;送器件地址

LCALLSBYTE;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序

MOVA,R4;送片內(nèi)字節(jié)地址

LCALLSBYTEMOVP1,#0FFHCLRP1.0;再發(fā)開(kāi)始信號(hào)

MOVA,R3

SETBACC.0;發(fā)讀命令

LCALLSBYTELCALLRBYTEMOV@R1,ACLRP1.0NOPSETBP1.1NOPSETBP1.0;送停止信號(hào)

RET29讀單字節(jié)取源程序（P1.0data，P1.1clk）30讀取源程序（P1.0data，P1.1clk）RBYTE:MOVR0,#08H;接收單字節(jié)子程序LOOP1:SETBP1.1NOPMOVC,P1.0;把數(shù)據(jù)送到CRLCA;將數(shù)據(jù)位移入累加器ACLRP1.1NOPDJNZR0,LOOP1;讀完8個(gè)bitSETBP1.0;置ACK=1，不應(yīng)答

NOPSETBP1.1NOPCLRP1.1RET30讀取源程序（P1.0data，P1.1clk）RBY31C51讀取源程序ucharRbyte(){uchardata1,bcount;SDA=1;data1=0;for(bcount=0;bcount<8;bcount++){SCL=0;Delay();SCL=1;Delay();data1=data1<<1;if(SDA==1)data1+=1;

Delay();}SCL=0;return(data1);}voidW24EP(ucharaddr1,uchar*addr2){ P1=0xff;SDA=0;Sbyte(0xa0);Sbyte(addr1);P1=0xff;SDA=0;Sbyte(0xa1);*addr2=Rbyte();SDA=1;Delay();SCL=1;Delay();SCL=0;SDA=0;Delay();SCL=1;Delay();SDA=1;}31C51讀取源程序ucharRbyte(){32課程小節(jié)單片機(jī)基本知識(shí)+應(yīng)用+微機(jī)32課程小節(jié)33基本知識(shí)：組成與管腳，最小系統(tǒng)，存儲(chǔ)器，I/O端口，定時(shí)器，中斷及擴(kuò)展，串口，三總線擴(kuò)展（8255，A/D，D/A），匯編語(yǔ)言（尋址）重點(diǎn)：I/O端口，定時(shí)器（初值），串口，擴(kuò)展。非重點(diǎn)：中斷，外圍器件，C51語(yǔ)言33基本知識(shí)：34應(yīng)用：LED控制，數(shù)碼管顯示，脈沖波形產(chǎn)生，按鍵識(shí)別（中斷與查詢方式）定時(shí)，頻率測(cè)量，測(cè)正脈寬串行發(fā)送與接收A/D與D/A應(yīng)用

方法記憶，動(dòng)腦動(dòng)手（流程圖+自編），操作方法+語(yǔ)言34應(yīng)用：LED控制，數(shù)碼管顯示，脈沖波形產(chǎn)生，按鍵識(shí)別（中35微型機(jī)：組成工作過(guò)程數(shù)與編碼8086結(jié)構(gòu)，物理地址確定存儲(chǔ)器特點(diǎn)總線35微型機(jī)：組成36考試答題閉卷練習(xí)書(shū)寫(xiě)及卷面盡力展示，羅列條理，結(jié)構(gòu)36考試答題閉卷練習(xí)37祝每位同學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)步！謝謝大家37祝38一、I2C串行總線的組成及工作原理采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。常用的串行總線有：I2C

（InterICBUS）總線、單總線（1－WIREBUS）、SPI（SerialPeripheralInterface）總線及Microwire/PLUS等。1一、I2C串行總線的組成及工作原理采用串行總線技術(shù)可以使系39I2C串行總線概述

I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。速率可達(dá)100Kb/s或400Kb/s。

I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。2I2C串行總線概述I2C總線是PHLIPS公司推出的一種40I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。3I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩41

每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其它器件間可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。

在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過(guò)總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。在80C51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，我們經(jīng)常遇到的是以80C51單片機(jī)為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。

4每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其421數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定

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。二、I2C總線的數(shù)據(jù)傳送51數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定二、I2C總線的數(shù)據(jù)傳送432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)。

62起始和終止信號(hào)SCL線為高電平期間，SDA線由44

起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。

連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線硬件接口，則能檢測(cè)到起始和終止信號(hào)。對(duì)于不具備I2C總線硬件接口的設(shè)備（包括單片機(jī)），為了檢測(cè)起始和終止信號(hào)，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線SDA采樣兩次。

傳送中斷：接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，可能需要完成其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，無(wú)法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使之為高電平，主機(jī)便可繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。7起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后453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）。

83數(shù)據(jù)傳送格式每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)46

無(wú)應(yīng)答：由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。

如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。

當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。9無(wú)應(yīng)答：由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如47（2）數(shù)據(jù)幀格式

I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。

在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。連續(xù)傳送：若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。

10（2）數(shù)據(jù)幀格式在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址48a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：注：陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。

A表示應(yīng)答，A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送組合方式：11a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變49b、主機(jī)發(fā)送第一個(gè)字節(jié)后，由從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫(xiě)方向位正好反相，即連續(xù)傳送。12b、主機(jī)發(fā)送第一個(gè)字節(jié)后，由從機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，50三、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。

1尋址字節(jié)的位定義

D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。13三、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用51主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/T位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。14主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的522尋址字節(jié)中的特殊地址固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途。

152尋址字節(jié)中的特殊地址533起始字節(jié)

不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通過(guò)軟件不斷地檢測(cè)總線，以便及時(shí)地響應(yīng)總線的請(qǐng)求。單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長(zhǎng)的起始過(guò)程加以引導(dǎo)。

起始字節(jié)是提供給沒(méi)有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。163起始字節(jié)不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須54四、51單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)I2C串行接口

為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。見(jiàn)圖：1模擬IIC總線數(shù)據(jù)傳送

不帶I2C總線接口的單片機(jī)，如AT89C51、2051等，可利用軟件實(shí)現(xiàn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送，即軟件與硬件結(jié)合的信號(hào)模擬。

17四、51單片機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)I2C串行接口為了保證數(shù)據(jù)55教材未標(biāo)明SDA和SCL18教材未標(biāo)明SDA和SCL562典型信號(hào)模擬子程序

C51函數(shù)VoidI2CStart(void){ SDA=1; SCL=1; SDA=0; SCL=0;}（1）起始信號(hào)start:setbSDA nopsetbSCL nop clrSDA nop clrSCL nop ret192典型信號(hào)模擬子程序 C51函數(shù)（1）起始信號(hào)57

C51函數(shù)voidI2cStop(void){ SCL=0; SDA=0; SCL=1; SDA=1;}（2）終止信號(hào)stop:clrSCL nop clrSDA nop setbSCL nop setbSDA nop ret20 C51函數(shù)（2）終止信號(hào)58

3用I2C總線擴(kuò)展器件擴(kuò)展電路（單片機(jī)管腳靈活）213用I2C總線擴(kuò)展器件擴(kuò)展電路（單片機(jī)管腳靈活）59

4串行E2PROM的擴(kuò)展

（1）串行E2PROM典型產(chǎn)品AT24C01：128字節(jié)（128×8位）；

AT24C02：256字節(jié)（256×8位）；AT24C04：512字節(jié)（512×8位）AT24C08：1K字節(jié)（1K×8位）；AT24C16：2K字節(jié)（2K×8位）；固定地址部分為1010ATMEL公司的AT24C系列：

224串行E2PROM的擴(kuò)展（1）串行E2PRO60

（2）寫(xiě)入過(guò)程

AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電平后得到確定的3位編碼。形成的7位編碼即為該器件的地址碼。大于256字節(jié)的存儲(chǔ)器，管腳A2-A0不使用。

單片機(jī)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫(xiě)方向位“0”（共8位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為響應(yīng)，單片機(jī)收到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。23（2）寫(xiě)入過(guò)程單片機(jī)進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，首先發(fā)送61

傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫(xiě)入器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。

AT24C系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加1，在芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”（不同芯片字節(jié)數(shù)不同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過(guò)芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”時(shí)，數(shù)據(jù)地址將“上卷”，前面的數(shù)據(jù)將被覆蓋。

當(dāng)要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束寫(xiě)入操作。寫(xiě)入n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：

終止信號(hào)到重新起始的時(shí)間為10ms。24傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫(xiě)入器件的62

（3）讀出過(guò)程單片機(jī)先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫(xiě)方向位“0”（“偽寫(xiě)”），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為相應(yīng)。

然后，再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到應(yīng)答后，單片機(jī)要重復(fù)起始信號(hào)并發(fā)出器件地址和讀方向位（“1”），收到器件應(yīng)答后就可以讀出數(shù)據(jù)字節(jié)，每讀出一個(gè)字節(jié)，單片機(jī)都要回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)讀完后，單片機(jī)應(yīng)返回以“非應(yīng)答”（高電平），并發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束讀出操作。

25（3）讀出過(guò)程然后，再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器63單片機(jī)訪問(wèn)I2C存儲(chǔ)器示例例，存儲(chǔ)器為24C02，A2-A0地址信號(hào)接地，89C51單片機(jī)的P1.1和P1.0分別連接存儲(chǔ)器的SCL和SDA信號(hào)，如圖。編寫(xiě)程序完成單個(gè)字節(jié)寫(xiě)入和讀取功能。入口參數(shù)：R3器件地址，R4片內(nèi)地址，R1保存在單片機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)地址指針。26單片機(jī)訪問(wèn)I2C存儲(chǔ)器示例64寫(xiě)入源程序（P1.0data，P1.1clk）W24:CLRP1.0;發(fā)開(kāi)始信號(hào)

MOVA，R3;送器件地址

LCALLSBYTEMOVA，R4;送片內(nèi)地址

LCALLSBYTEMOVA，@R1LCALLSBYTE;發(fā)單個(gè)字節(jié)

CLRP1.0;準(zhǔn)備停止

NOP;降低傳輸速率

SETBP1.1NOPSETBP1.0;發(fā)停止信號(hào)

RETSBYTE:;發(fā)送單字節(jié)（8個(gè)bit）子程序

MOVR0,#08HLP:CLRP1.1RLCA;移待發(fā)數(shù)據(jù)位到CMOVP1.0，C;送一bit到數(shù)據(jù)總線

NOPSETBP1.1NOPDJNZR0，LP;循環(huán)8次

CLRP1.1SETBP1.0;允許對(duì)方應(yīng)答

NOPSETBP1.1WT:MOVC，P1.0JCWT;等待答到

CLRP1.1;對(duì)方撤銷應(yīng)答

RET27寫(xiě)入源程序（P1.0data，P1.1clk）W2465C51寫(xiě)入源程序#include<REG52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedcharsbitSDA=P1^0;

sbitSCL=P1^1;

voidSbyte(ucharc){ucharbcount;for(bcount=0;bcount<8;bcount++){SCL=0;if((c<<bcount)&0x80)SDA=1;

else

SDA=0;_nop_();SCL=1;Delay();}SCL=0;SDA=1;Delay();SCL=1;while(SDA);SCL=0;}voidW24EP(ucharaddr1,uchar*addr2){ P1=0xff;SDA=0;Sbyte(0xa0);Sbyte(addr1);Sbyte(*addr2);SDA=0;Delay();SCL=1;Delay();SDA=1;}28C51寫(xiě)入源程序#include<REG52.h>66讀單字節(jié)取源程序（P1.0data，P1.1clk）R24EP:MOVP1,#0FFHCLRP1.0;發(fā)開(kāi)始信號(hào)

MOVA,R3;送器件地址

LCALLSBYTE;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序

MOVA,R4;送片內(nèi)字節(jié)地址

LCALLSBYTEMOVP1,#0FFHCLRP1.0;再發(fā)開(kāi)始信號(hào)

MOVA,R3

SETBACC.0