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AT24C01应用实例I 2 C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I 2 C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。1. I2C总线特点I 2 C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I 2 C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I 2 C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。2. I2C总线工作原理2.1 总线的构成及信号类型I2C总线是一种串行数据总线，只有二根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I 2 C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。2.2 位的传输SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定数据线的高或低电平状态只有在SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变，见图1：图12.3 开始信号SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。2.4 结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。图22.5 应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。2.6 总线基本操作I 2 C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件（本文为AT24C01）都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件（通常为微控制器CPU）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。参见图2。3. I2C应用实例AT24C01AT24C系列串行E2PROM具有I2C总线接口功能，功耗小，宽电源电压(根据不同型号2.5V6.0V)，工作电流约为3mA，静态电流随电源电压不同为30A110A。3.1AT24C系列 E2PROM接口及地址选择由于I2C总线可挂接多个串行接口器件，在I2C总线中每个器件应有唯一的器件地址，按I2C总线规则，器件地址为7位数据(即一个I2C总线系统中理论上可挂接128个不同地址的器件)，它和1位数据方向位构成一个器件寻址字节，最低位D0为方向位(读/写)。器件寻址字节中的最高4位(D7D4)为器件型号地址，不同的I2C总线接口器件的型号地址是厂家给定的，如AT24C系列E2PROM的型号地址皆为1010，器件地址中的低3位为引脚地址A2A1A0，对应器件寻址字节中的D3、D2、D1位，在硬件设计时由连接的引脚电平给定。对于E2PROM的片内地址，容量小于256字节的芯片(AT24C01/02)，8位片内寻址(A0A7)即可满足要求。然而对于容量大于256字节的芯片，则8位片内寻址范围不够，如AT24C16，相应的寻址位数应为11位(211=2048)。若以256字节为1页，则多于8位的寻址视为页面寻址。在AT24C系列中对页面寻址位采取占用器件引脚地址(A2、A1、A0)的办法，如AT24C16将A2、A1、A0作为页地址。凡在系统中引脚地址用作页地址后，该引脚在电路中不得使用，作悬空处理。AT24C系列串行E2PROM的器件地址寻址字节如图4所示，表中P0 P1 P2表示页面寻址位。3.2AT89S51单片机与AT24C01 E2PROM通讯的硬件实现图5 是用AT89S51 P2口模拟I2C总线与E2PROM连接电路图（以AT24C01为例），由于AT24C01是漏极开路，图中R1、R2为上拉电阻(5.1k)。A0A2地址引脚脚均接地。图5 AT24C01与51单片机接口3.3 AT24C系列 E2PROM读写操作 软件实现方法对AT24C系列 E2PROM的读写操作完全遵守I2C总线的主收从发和主发从收的规则。3.3.1AT24C01的写操作写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。关于页面写的地址、应答和数据传送的时序参见图6 和图7。连续写操作是对E2PROM连续装载n个字节数据的写入操作，n随型号不同而不同，一次可装载字节数也不同。AT24C01/02 8字节/每页AT24C04/08/16 16字节/每页图6 写一个字节的时序图图7写一页的时序图3.3.2AT24C01的读操作读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图10给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。AT24C系列片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加1，故装载一页以内规定数据字节时，只须输入首地址，若装载字节多于规定的最多字节数，数据地址将“上卷”，前面的数据被覆盖。连续读操作时为了指定首地址，需要两个伪字节写来给定器件地址和片内地址，重复一次启动信号和器件地址(读)，就可读出该地址的数据。由于伪字节写中并未执行写操作，地址没有加1。以后每读取一个字节，地址自动加1。 在读操作中接收器接收到最后一个数据字节后不返回肯定应答(保持SDA高电平)随后发停止信号。图8 读当前地址内容图9读任意地址内容图10读连续地址内容6.在I 2 C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 :1） 严格按照时序图的要求进行操作2） 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻。3） 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。4）为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。基于Keil C的AT24C02串行E2PROM的编程摘自：/htm_tech/2008-1/10303_647188.htmAT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，内含2568位存储空间，具有工作电压宽(2.55.5 V)、擦写次数多(大于10 000次)、写入速度快(小于10 ms)、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。而且他是采用了I2C总线式进行数据读写的串行器件，占用很少的资源和IO线，并且支持在线编程，进行数据实时的存取十分方便。 1 AT24C02的引脚功能AT24C02引脚如图1所示。他的的1、2、3脚是3根地址线，用于确定芯片的硬件地址。第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入输出，数据通过这根双向I2C总线串行传送。第6脚SCL为串行时钟，SDA和SCL为漏极开路端，在实际的应用当中都需要和正电源间各接一个5.1 k的电阻上拉。第7脚为WP写保护端，接地时允许芯片执行一般的读写操作；接正电源时只允许对器件进行读操作。2 AT24C02的内部结构图2为AT24C02的内部结构图。启动、停止逻辑单元接收数据引脚SDA上的电平信号，判断是否进行启动和停止操作串行控制逻辑单元根据SCL，SDA电平信号以及“启动、停止逻辑”部件发出的各种信号进行区分，并排列出有关的“寻址”、“读数据”和“写数据”等逻辑，将他们传送到相应的操作单元。例如：当操作命令为“寻址”时候，他将通知地址计数器加1，并启动“地址比较”器进行工作。在“读数据”时，他控制“Dout确认逻辑”单元；在“写数据”时候，他控制“高压泵定时”电路，以便向E2PROM电路提供编程所需要的高电压。地址计数器单元产生访问E2PROM所需要的存储单元的地址，并将其分别送到X译码器进行字选，送到Y译码器进行位选。高压泵定时单元由于E2PROM数据写入时候需要向电路施加编程高电压，为了解决单一电源电压的供电问题，芯片生产厂家采用了电压的片内提升电路。电压的提升范围一般可以达1221.5 V。Dout确认逻辑单元地址和数据均以8位二进制码串行输入输出。数据传送时，每成功传送一个字节数据后，接收器都必须产生一个应答信号。在第9个时钟周期时将SDA线置于低电压作为应答信号。AT24C02中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。他通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。 AT24C02正是运用了I2C规程，使用主从机双向通信，主机(通常为单片机)和从机(AT24C02)均可工作于接收器和发送器状态。主机产生串行时钟信号(通过SCL引脚)并发出控制字，控制总线的传送方向，并产生开始和停止的条件。无论是主机还是从机，接收到一个字节后必须发出一个确认信号ACK。AT24C02的控制字由8位二进制数构成，在开始信号发出以后，主机便会发出控制字，以选择从机并控制总线传送的方向。控制字各位的具体作用见表1。由上表可知，控制字的高4位为AT24C02的识别位，是不能更改的；而第A0，A1，A2片选位，最后是一位是读写控制位，当其为1时，进行的是读操作，反之将要进行的是写操作。3 AT24C02的读写操作3.1 开始位、停止位和确认位的编程总线SCL和SDA一般由上拉电阻拉为高电平，只有在SCL为低电平的周期内，SDA引脚上的数据才有效。而当SCL为高电平期间SDA引脚上产生的电平变化则表示I2C总线工作的“开始”或“停止”两种状态：当SCL为高平时，SDA由高电平转向低电平时表示“开始”状态，而由低电平转向高电平时表示“停止”状态，其时序如图3所示。由时序图可以编写由主机发给AT24C02的开始信号和停止信号的KEIL C语言函数如下：同时，AT24C02与主机进行信息交换，还需要另外一个“确认信号(ACK)”的状态。I2C总线数据传送时，每成功地传送一个字节数据后，AT24C02都必须产生一个应答信号，应答的器件在第9个时钟周期时将SDA线拉低，表示其已收到一个8位数据。AT24C02在接收到起始信号和与之匹配的地址之后就会响应第一个应答信号；如果AT24C02被设置为写操作，则每接收一个字节之后响应一个应答信号；当AT24C02被设置在读模式时，则在发送一个字节的数据后会释放SDA线，并监视主机发过来的应答信号，一旦接收到应答信号，AT24C02继续发送数据，如主机没有发送应答信号，AT24C02将停止传送数据并等待一个停止信号，此时主机必须发送一个停止信号给AT24C02，使其进入备用电源模式并使AT24C02处于已知的状态。由此可见，应答信号在AT24C02的读写工作中经常用到，根据图4应答信号的时序图。可以编出一个检验是否有应答信号送来的操作函数如下：3.2 写操作AT24C02允许有两种写操作方式：字节写和页写。3.2.1 AT24C02字节写操作。其操作时序如图5所示。在字节写模式下，主机发送开始命令和AT24C02地址信息(“RW”位置0)给AT24C02，主机在收到AT24C02产生应答信号后发送1个字节地址写入AT24C02的地址指针。主机在收到从器件的另一个应答信号后，再发送数据到被寻址的存储单元。AT24C02再次应答，并在主机产生停止信号后开始内部数据的擦写。在内部擦写过程中，AT24C02不再应答主机的任何请求。根据图5则可以编写出AT24C02的字节写操作函数W1Byte如下：3.2.2 AT24C02页写操作AT24C02允许每次写入8个字节的页写操作模式，页写操作和字节写操作的时序差不多都相同，不同的是在于传送了一字节数据后并不产生停止信号，主机被允许再发送7个额外的字节。每发送一个字节数据后，AT24C02产生一个应答位。如果在发送