I2C總線原理與應用

分享到          

一.簡介

I2C(Inter－Integrated Circuit)總線是一種由Philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。I2C總線產生于在80年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)。由于其簡單性，如今方泛用于微控制器與各種功能模塊的連接，可以說是學 單片機 的人，入門之后，必定要涉及到的。

I2C 總線實際上已經成為一個國際標準在超過100 種不同的IC 上實現，而且得到超過50 家公司的許可，正因為其簡單和應用廣泛，因此其功能也越來不滿足人們的要求，其速度也從原來的100Kbit/S，增加了快速模式，其速度達400Kbit/S，再后來也增加了高速模式，其速度更達3.4Mbit/S。

二.功能和特點

I2C總線是一種用于IC器件之間連接的雙向二線制總線，所謂總線它上面可以掛多少器件，并且通個兩根線連接，占用空間非常的小，總線的長度可高達25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。它的另一優(yōu)點是多主控，只要能夠進行接收和發(fā)送的設備都可以成為主控制器，當然多個主控不能同一時間工作。

I2C總線有兩根信號線，一根為SDA（數據線），一根為SCL（時鐘線）。任何時候時鐘信號都是由主控器件產生。

I2C總線在傳送數據的過程中，主要有三種控制信號：起始信號，結不信號，應答信號

起始信號：當SCL為高電平時，SDA由高電平轉為低電平時，開始傳送數據

結束信號：當SCL為高電平時，SDA由低電平轉為高電平時，結束數據傳送

應答信號：接收數據的器件在接收到8bit數據后，向發(fā)送數據的器件發(fā)出低電平信號，表示已收到數據。這個信號可以是主控器件發(fā)出，也可以是從動器件發(fā)出?？傊山邮諗祿钠骷l(fā)出。

這些信號中，起始信號是必需的，結束信號和應答信號，都可以不要。

三.基本操作

下面我們以ATMEL公司的AT24C02來介紹I2C的基本操作

AT24C02是美國ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內含256×8bit存儲空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。他在系統中始終為從動器件。

對AT24C02的操作主要有：字節(jié)讀，字節(jié)寫，頁面讀，頁面寫

首先發(fā)送起始信號，如下圖，起始信號后必須是控制字，

控制字格式如下，其中高四位為器件類型識別符（不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應為1010），接著三位為片選，也就是三個地址位，最后一位為讀寫控制位，當為1(Input)時為讀操作，為0(Output)時為寫操作。

控制字后就是相應的操作，讀或寫，一定不要結束，因為這個操作還沒有完成，如果結束就等于放棄操作。

先來看寫操作，寫操作分為字節(jié)寫和頁面寫兩種操作，對于頁面寫根據芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同,AT24C02為8字節(jié)，每寫一個字節(jié)后，地址自動加1。關于頁面寫的地址、應答和數據傳送的時序參見圖3，字節(jié)寫可以看成是只有一個字節(jié)的頁面寫，也就是寫一個數據后停止。注意：寫一次需要一定時間，一般為10ms，要等侍這個操作完成。時序如下圖：

說明：對于AT24C02，在控制字后還必須寫入地址，這個地址是以后讀寫的起始地址。

讀操作有三種基本操作：當前地址讀、隨機讀和順序讀。三種操作方法類似，只是讀的數據個數不同，可連續(xù)讀8個字節(jié)，圖4給出的是順序讀的時序圖,圖中共讀了四個數據，需要注意的是當前的地址，如果不是想要的，可以用寫操作，重新寫入地址。非常重要的是，每讀一個數據后，必須置低SDA，作為應答，否則，只能讀一個數據，后面的數據，因為收到不應答信號，AT24C02就會認為出錯，停止操作。特別提醒的是，當SCL為低電平時，數據是可變的，因些只有SCL為高電平時，才能讀數。（相關時序，請看例程序的，讀功能函數）

四.例程序（51匯編，測試 單片機 為AT89C51，12M晶振）

電路連接如圖5，其中A0，A1，A2為地址線，本例中全部接地，因此全部為0。由于SCL和SDA為漏極開路輸出，所以在使用時，需加上拉電阻。

程序功是將數據66H寫入AT24C02地址單元00，數據88H寫01單元，再將00單元讀出放入 單片機 的40H單元，01單元讀出放入41H單元，再將其分別寫入AT24C02的02和03地址單元，最后將00，02讀出比較，01與03比較，如果相等，LED發(fā)光。以下是程序?？蓪⒈境绦驈椭?，編譯后，燒錄后測試。 （程序看似復雜，其實很多功能是重復的）

        SCL EQU P3.0        ;時鐘         SDA EQU P3.1        ;數據         LED EQU P1.0        ;操作成功指示,低電平點亮         ORG 0X0000        LJMP MAIN         ;啟動功能函數，NOP用于滿足AT24C02的速度要求START:  CLR SCL             ;先將SCL置低才改變SDA，以免誤操作         NOP         NOP         SETB SDA        NOP         NOP         SETB SCL        NOP         NOP         CLR SDA        NOP         NOP         RET         ;結束功能函數STOP:   CLR SCL             ;先將SCL置低才改變SDA，以免誤操作         NOP         NOP         CLR SDA        NOP         NOP         SETB SCL        NOP         NOP         SETB SDA        NOP         NOP         RET                  ;應答函數ACK:    CLR SCL             ;先將SCL置低才改變SDA，以免誤操作         NOP         NOP         CLR SDA             ;發(fā)低電平應答         NOP         NOP         SETB SCL        NOP         NOP         RET                  ;寫一個字節(jié)         ;R2為要寫的數據,R3為每字節(jié)的位數,這兒為8位         ;返回時C為應答信號,可以不理會這個值WRITE:  MOV R3,#8        MOV A,R2WRLOOP: CLR SCL        RLC A         NOP         MOV SDA,C         NOP         NOP         SETB SCL        NOP         NOP         DJNZ R3,WRLOOP         CLR SCL             ;以下處理AT24C02的應答信號         NOP         NOP         SETB SDA            ;置高SDA，用作輸入，如果AT24C02拉低，表示正確         NOP         NOP         SETB SCL        NOP         NOP         MOV C,SDA           ;讀取應答信號         RET                  ;讀一個字節(jié)         ;返回時R2為讀得的數READ:   MOV R3,#8RDLOOP: CLR SCL        NOP         NOP         SETB SDA            ;拉高SDA，用作輸入         NOP         NOP         SETB SCL        NOP         NOP         MOV C,SDA        RLC A         DJNZ R3,RDLOOP         MOV R2,A         RET                  ;延時,用以保證寫操作完成，寫地址信號不用延時DELAY:  MOV 0X31,#20AA:     MOV 0X32,#200        DJNZ 0X32,$        DJNZ 0X31,AA         RET         MAIN:   ACALL START         ;啟動         MOV R2,#0XA0        ;將控制字“1010 0000”傳到R2，最后一位表示寫         ACALL WRITE         ;調用寫函數         MOV R2,#0X00        ;設置要寫的地址         ACALL WRITE         MOV R2,#0X66        ;寫入第一個字節(jié)，66H,寫入到00單元         ACALL WRITE         MOV R2,#0X88        ;寫入第一個字節(jié)，88H,寫入到01單元         ACALL WRITE         ACALL STOP          ;停止操作         ACALL DELAY         ;等待寫完成                  ACALL START         ;啟動         MOV R2,#0XA0        ;寫控制字         ACALL WRITE         MOV R2,#00          ;設置要讀地址         ACALL WRITE                  ACALL START         MOV R2,#0XA1        ;將控制字“1010 0001”傳到R2，最后一位表示讀         ACALL WRITE         ;寫入控制字         ACALL READ          ;調用讀命令         ACALL ACK           ;應答         MOV 0X40,R2         ;將讀得的數據傳到40H         ACALL READ          ;讀下一位，將讀得的數據傳到41H         ACALL ACK         MOV 0X41,R2         ACALL STOP          ;停止讀操作                  ACALL START         MOV R2,#0XA0        ;寫控制字，表示以下這寫操作         ACALL WRITE         MOV R2,#0X02        ;設置地址         ACALL WRITE         MOV R2,0X40         ;將上面讀得的數寫入到02單元         ACALL WRITE         MOV R2,0X41         ;將上面讀得的數寫入到03單元         ACALL WRITE         ACALL STOP          ;停止操作         ACALL DELAY         ;等待寫完成                  ACALL START         ;啟動         MOV R2,#0XA0        ;寫入控制字，表示以下為寫操作         ACALL WRITE         MOV R2,#00          ;寫入讀的起始地址         ACALL WRITE                  ACALL START         ;啟動         MOV R2,#0XA1        ;寫入控制字，表示以下為讀操作         ACALL WRITE         ACALL READ         ACALL ACK         MOV 0X40,R2         ;以下連續(xù)讀出四個字節(jié)         ACALL READ         ACALL ACK         MOV 0X41,R2         ACALL READ         ACALL ACK         MOV 0X42,R2         ACALL READ         ACALL ACK         MOV 0X43,R2         ACALL STOP                  MOV A,0X42          ;以下為比較讀出結果與寫入是否相等         CJNE A,#0X66,ENDALL         MOV A,0X43        CJNE A,#0X88,ENDALL         CLR LEDENDALL: SJMP $        END