原理
IIC串行总线，只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL
如下图所示，IIC总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据
在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱，I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。
在80C51单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是以80C51单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况
总线“线与关系”：I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，
即SDA = SDA1 & SDA2 & SDA3 & ..., SCL=SCL1 & SCL2 & SCL3 & ...
起始信号和终止信号
SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；
SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
数据位有效性
SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定
只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。
IIC总线的传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节最后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）
主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据:
- 从机正忙于其他事情，发出应答1，表示没有收到
- 当从机空闲可以接收该字节数据时，从机会发出应答0
当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。
数据帧格式
在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用"0"表示主机发送数据（T），"1"表示主机接收数据（R）。
每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。
软件模拟IIC总线传送数据
主机可以采用不带IIC总线接口的单片机，如80C51、STC89C52等单片机，利用软件实现IIC总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟。
为保证数据的可靠性，I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序 ：
模拟的代码如下：
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void I2cStart(){
SCL = 1;
SDA = 1;
delay5us();
SDA = 0;
delay5us();
}
void I2cStop(){
SCL = 0;
SDA = 0;
SCL = 1;
delay5us();
SDA = 1;
delay5us();
}
|
第3、4个图表示先将SCL拉高5us，然后读取并返回SDA的值，读取后将SCL拉低，代码如下
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bit ReadACK(){
SCL = 1;
delay5us();
if(SDA){
SCL = 0;
return(1);
}
else{
SCL = 0;
return(0);
}
}
|
发送数据i，在SCL为低时，将SDA拉高或拉低（根据发送的数据确定，如果发送1，则拉高，反之拉低）；然后将SCL拉高，保持5us，再将SCL拉低，这样就发送了一位（bit）数据，最后释放总线
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void SendACK(bit i){
SCL = 0;
if(i) SDA = 1;
else SDA = 0;
SCL = 1;
delay5us();
SCL = 0;
SDA = 1;
}
|
串行EEPROM的扩展
Ateml公司的AT24C系列：
写入过程
**获取地址码：**AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分为1010，而当A2、A1、A0引脚接高、低电平后就得到确定的3位编码。形成的7位编码即为该器件的地址码。例如在开发板中A2, A1, A0都接地，则这7位码为 1010000
**写操作：**单片机进行写操作时，首先发送该器件的7位地址码和写方向位“0”（共8位，即一个字节），发送完后释放SDA线并在SCL线上产生第9个时钟信号。被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在SDA线上产生一个应答信号作为相应，单片机收到应答后就可以传送数据了。
传送数据：
-
这个过程单片机首先发送一个字节被写入器件的存储区首地址，收到存储器器件的应答后，单片机就逐个发送各数据字节，但每发送一个字节后都要等待应答。
-
AT24C系列器件片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加1（表示相对之前写入的位置往后移一位）
-
当要写入的数据传送完后，单片机应发出终止信号以结束写入操作。写入n个字节的数据格式如下：
说明：S为起始信号，然后是7位地址码+ 0（0表示写操作），然后写入第一个数据存放位置的首地址，后面的写入的数据自动往后移动一位，写入1Byte数据后，器件发送应答A确认已写入，最后如果写入完成后发送终止信号P。
-
注意：在芯片的“一次装载字节数”（不同芯片字节数不同）限度内，只需输入首地址。装载字节数超过芯片的“一次装载字节数”时，数据地址将“上卷”，前面的数据将被覆盖。
读出过程
单片机先发送该器件的7位地址码和写方向位“0”（“伪写”），发送完后释放SDA线并在SCL线上产生第9个时钟信号。被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在SDA线上产生一个应答信号作为回应。
然后，再发一个字节的要读出器件的存储区的首地址，收到应答后，单片机要重复一次起始信号并发出器件地址和读方向位（“1”），收到器件应答后就可以读出数据字节，每读出一个字节，单片机都要回复应答信号。
当最后一个字节数据读完后，单片机应返回以“非应答”（高电平），并发出终止信号以结束读出操作。
完整代码：
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#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define At24c02ADDR 0XA0
#define I2cRead 1
#define I2cWrite 0
sbit DU = P2^6;
sbit WE = P2^7;
sbit SCL = P2^1;
sbit SDA = P2^0;
uchar num;
bit AckFlag;
uchar code SMGduan[]= {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F,};
uchar code SMGwei[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb};
void delay(uint z){
uint x,y;
for(x = z; x > 0; x--)
for(y = 114; y > 0 ; y--);
}
void display(uchar i){
static uchar wei;
P0 = 0XFF;
WE = 1;
P0 = SMGwei[wei];
WE = 0;
switch(wei){
case 0: DU = 1; P0 = SMGduan[i / 100]; DU = 0; break;
case 1: DU = 1; P0 = SMGduan[i % 100 / 10]; DU = 0; break;
case 2: DU = 1; P0 = SMGduan[i % 10]; DU = 0; break;
}
wei++;
if(wei == 3)
wei = 0;
}
void timer0Init(){
EA = 1;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
TMOD |= 0X01;
TH0 = 0xED;
TL0 = 0xFF;
}
void delay5us(){
_nop_();
}
void I2cStart(){
SCL = 1;
SDA = 1;
delay5us();
SDA = 0;
delay5us();
}
void I2cStop(){
SCL = 0;
SDA = 0;
SCL = 1;
delay5us();
SDA = 1;
delay5us();
}
bit ReadACK(){
SCL = 0;
SCL = 1;
delay5us();
if(SDA){
SCL = 0;
return(1);
}
else{
SCL = 0;
return(0);
}
}
void SendACK(bit i){
SCL = 0;
if(i)
SDA = 1;
else
SDA = 0;
SCL = 1;
delay5us();
SCL = 0;
SDA = 1;
}
void I2cSendByte(uchar DAT){
uchar i;
for(i=0; i<8; i++){
SCL = 0;
if(DAT & 0x80)
SDA = 1;
else
SDA = 0;
SCL = 1;
DAT <<= 1;
}
SCL = 0;
SDA = 1;
}
void At24c02Write(uchar ADDR, DAT){
I2cStart();
I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cWrite);
if(ReadACK())
AckFlag = 1;
else
AckFlag = 0;
I2cSendByte(ADDR);
if(ReadACK())
AckFlag = 1;
else
AckFlag = 0;
I2cSendByte(DAT);
if(ReadACK())
AckFlag = 1;
else
AckFlag = 0;
I2cStop();
}
uchar I2cReadByte(){
uchar i, DAT;
for(i=0; i<8; i++){
DAT <<= 1;
SCL = 0;
SCL = 1;
if(SDA)
DAT |= 0X01;
}
return(DAT);
}
uchar At24c02Read(uchar ADDR){
uchar DAT;
I2cStart();
I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cWrite);
if(ReadACK())
AckFlag = 1;
else
AckFlag = 0;
I2cSendByte(ADDR);
ReadACK();
I2cStart();
I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cRead);
if(ReadACK())
AckFlag = 1;
else
AckFlag = 0;
DAT = I2cReadByte();
SendACK(1);
I2cStop();
return(DAT);
}
void main()
timer0Init();
EA = 0;
At24c02Write(3, 188);
delay(1);
num = At24c02Read(3);
if(AckFlag)
P1 = 0;
else
P1 = 0XFF;
EA = 1;
while(1);
}
void timer0() interrupt 1 {
TH0 = 0xED;
TL0 = 0xFF;
display(num);
}
|
