IIC原理与应用

1、单片机中级教程 原理与应用1 在器件（IC）之间，使用两根信号线（SDA和SCL）串行的方法进行信息传送的并允许若干兼容器件共享的二线总线，称为。Inter Integrated Circuit单片机中级教程 原理与应用2DECT cordless phone base-stationDigital Enhanced Cordless Telecommunications SDA(Serial DAta)线称为串行数据线，其上传输双向的数据；SCL(Serial CLock)线称为串行时钟线，其上传输时钟信号，用来同步串行数据线上的数据。 单片机中级教程 原理与应用3 I2C总线上的器件，SD

2、A和SCL引脚都是一个开漏输出端。单片机中级教程 原理与应用4 挂接在I2C总线上的器件（或IC），根据其功能可分为两种：主控器件和从控器件。 主控器件：控制总线存取，产生串行时钟(SCL)信号，并产生启动传送信号及结束传送信号的器件，总线必须由一个主控器件控制。主控器件一般称主器件（主机）。 从控器件：在总线上被主控器件寻址的器件，它们根据主控器件的命令来接收和发送数据。从控器件一般称从器件（从机）。单片机中级教程 原理与应用5I2C总线系统是一个允许多主的系统。 系统中的某一器件有四种可能的工作方式：主发送方式、主接收方式、从发送方式和从接收方式。单片机中级教程 原理与应用6 在I2C总线

3、上的所有器件是按照如下的数据传输协议协调工作的：据此定义以下总线条件： 总线不忙SCL=SDA=1只有当总线不忙时，数据传输才能开始； 当串行时钟线为高电平时，串行数据线的变化将认为是传送的开始或停止；当串行时钟线为低电平时，才允许串行数据线发生变化； 数据传送期间，无论何时串行时钟线为高电平，串行数据线必须保持稳定。单片机中级教程 原理与应用7 开始数据传送 停止数据传送起始信号（START）停止信号（STOP）单片机中级教程 原理与应用8 数据有效（Data validity ）单片机中级教程 原理与应用9 应答（Acknowledge）单片机中级教程 原理与应用10单片机中级教程 原理与

4、应用11主发送到从接收主机发送，从机接收，传输的方向不会改变单片机中级教程 原理与应用12从发送到主接收 主机在发送完第一个字节后，立即读从机。第一次响应仍由从机产生，在第一次响应后主机变成接受器，从机变成发送器。停止条件由主机发出。单片机中级教程 原理与应用13复合格式 传输改变方向的时侯，起始条件和从机地址都会被重复，且R/W 位取反。 如果主机作为接收，发送一个重复起始条件，它之前应该发送了一个不响应信号（A）。单片机中级教程 原理与应用14仲裁和时钟发生时钟同步单片机中级教程 原理与应用15仲裁单片机中级教程 原理与应用16 在主控器件和从控器件之间双向传送数据； 无中央主控器件的多主

5、总线； 多主传送时，不发生错误； 可以使用不同的位速率； 串行时钟作为交接信号； 可用于测试和诊断目的。单片机中级教程 原理与应用17 在单片机应用系统中，单主结构占绝大多数。在单主系统中，I2C总线的数据传送状态要简单得多，没有总线竞争与同步问题，只有作为主器件的单片机对I2C总线器件的读/写操作。这就简化了模拟软件的设计工作。 有I2C总线的单片机中，可以直接用I2C总线来进行系统的串行扩展；对于80C51系列单片机，大多数没有I2C总线接口功能，而是采用软件模拟双向数据传送协议的方法，来实现系统的串行扩展。单片机中级教程 原理与应用181.利用模拟I2C扩展串行E2PROM(1) 串行E

6、 PROM24LC32的特点及引脚 24LC32是32 Kb（4 K8位）串行存取的电擦除可编程的只读存储器E2PROM 。特点：芯片对快速写操作具有8个8B字节页面、或者64字节的高速缓存器，并具有二线串行接口。在I2C上作从器件使用;单片机中级教程 原理与应用19 可在电源电压低到2.5V的条件下工作，芯片还有功率等待模式，以降低功耗；等待电流和额定电流分别为1A和3 mA（写）； 地址线允许8片24LC32连接到相同的总线上，得到256 Kb位地址空间。引脚：A0、A1、A2：芯片地址输入端WP ： 写保护端单片机中级教程 原理与应用20(2) 器件的寻址和操作控制字节和器件寻址单片机中

7、级教程 原理与应用21 作为从器件，接收到的下两个字节定义了第一个数据字节的地址。 由于仅用A0A11，所以最高4位地址码必须为0。 但对于ATMEL公司的产品来说，无此规定。firstlast地址的最高有效字节的最高有效位最先发送。单片机中级教程 原理与应用22写操作字节写 主器件发出开始条件以后，再发送R/W=0的控制字节到总线上。这指示被寻址的从接收器的两个地址字节及一个数据字节将跟在第9个时钟周期产生的确认（应答）位之后。10100 主器件发送的下一个字节是字地址的高地址字节，应答后，接着是低地址字节，再次应答后，它们将被写入24LC32的地址指针。随后主器件发送写入到被寻址的存储器里

8、的数据字节。24LC32应答后，主器件发出停止条件。R/W =0时，将启动写操作。单片机中级教程 原理与应用23页面写 写控制字节、字地址和第一个数据字节以与字节写相同的方式发送到24LC32。但是替代产生停止条件，主器件可发送多达8页的8个数据字节（总共64个字节）。24LC32先将这些数据字节暂存在片内的页面高速缓存器中。 一旦接收到主器件的停止条件后，则内部的写周期开始，这些数据字节将从页面高速缓存器中写入E2PROM阵列。接收到每一个字节后，24LC32的低6位顺序地址指针在内部加1，高6位顺序地址指针保持不变。单片机中级教程 原理与应用24 如果主器件在产生停止条件以前要发送多于8个

9、字节的数据（越过页边界写），地址计数器的低3位将会翻转，并且指针将加1，指向页面高速缓存器的下一页。这样重复8次后或者直至高速缓存器存满时，主器件产生停止条件。如果停止条件没有接收到，高速缓存器指针将翻转到第一页（字节0），这之后再接收到的数据将覆盖以前所获得的数据。在发送期间的任何时刻都可传送停止条件。单片机中级教程 原理与应用25应答查询 由于在写周期期间，器件将不会应答，所以，这一点可以用来决定写周期在什么时候完成。一旦针对写命令的停止条件由主器件发出，从器件开始进行内部定时写周期，主器件的ACK查询被立即启动。如果写周期器件仍然很忙，则ACK信号将不会产生；如果周期已经完成，则器件将产

10、生ACK信号。主器件将可以进行下一次的读或写操作。单片机中级教程 原理与应用26读操作读当前地址内容 当控制字的R/W位被置为“1”时，将启动读操作。存在三种基本的读操作类型：读当前地址内容、读随意地址内容及读顺序地址内容。1 0 1 01 读当前地址内容24LC32内部包含一个自动加1的地址计数器，它保存被存取过的最后一个字节的地址。如果以前存取的地址为n，下一次读操作则从n+1地址中读数据。 在接收到的从地址中的R/W为1的情况下，24LC32发送一个应答位，并且送出8位数据。主器件发出非应答信号(NO ACK)，使从器件释放数据线，以便主器件发出一个停止条件，从而终止数据传送。单片机中级

11、教程 原理与应用27读随意地址内容 此方式允许主器件以任意方式读存储器任意地址的内容。这种读操作须先置字地址，即主器件将字地址作为写操作的一部分送给24LC32。在发送了字地址以后，主器件在应答位之后产生一个开始条件。这样可以在内部地址计数器置数后终止写操作。主器件再次发R/W为1的控制字。24LC32将发出应答位，并发送出8位数据。主器件将发送非应答信号，并产生一个停止条件，从而终止发送。单片机中级教程 原理与应用28读顺序地址内容 读顺序地址内容方式与读随意地址内容方式的启动方法一样，但是在24LC32发送第一个数据字节后，主器件不发出终止发送的信号（发送应答信号）。24LC32继续发送下

12、一个地址的8位数据，其内部的地址指针在操作后自动加1。地址指针允许在一次操作期间，连续顺序地读出整个存储器。 当主器件接收到最后一个字节后，主器件将产生非应答信号及一个停止条件，终止传送。单片机中级教程 原理与应用29(3) 80C51与串行E PROM 24LC32的接口和编程 80C51与串行24LC32的接口80C51与串行E2PROM 24LC32的接口原理图单片机中级教程 原理与应用30 模拟I2C总线的编程利用模拟仿真的方法，编写通用子程序。 这些通用子程序包括：启动、停止、发送应答位及非应答位、应答位检查、单字节数据接收与发送。 以下子程序中，设定单片机所使用的晶体振荡器为6MH

13、z，即机器周期为2S。若晶体振荡器不是6MHz，则可根据情况增减程序中的NOP指令即可。汇编语言汇编语言编写的子程序:SDA BITP1.7SCLBITP1.6单片机中级教程 原理与应用31A.启动I2C总线子程序：START： SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSDANOP NOPCLRSCLNOPRET单片机中级教程 原理与应用32B.停止I2C总线子程序：STOP：CLR SDA SETB SCL NOP NOP SETB SDA NOP NOP CLR SCL NOP RET单片机中级教程 原理与应用33C. 发送应答位子程序：S_ACK: CLRSDA SETB SCL

14、NOP NOP CLRSCL SETBSDA RETD. 应答位检查子程序： 子程序出口时，SDA线的状态存入标志位F0中，若有ACK，F0=0，否则F0=1。单片机中级教程 原理与应用34C_ACK: SETB SDA ;SDA为输入状态 SETB SCL ;第9个时钟脉冲开始 NOP MOVC,SDA ;读SDA线 MOVF0,C ;存入F0中 CLRSCL; 第9个时钟脉冲结束 NOP RET单片机中级教程 原理与应用35E. 单字节数据发送子程序：将累加器A中的待发送数据送上SDA线。WRBYT： MOV R7,#8 ; 发送8位WRBYT1: RLC A;将发送位移入C中 JC WR

15、BYT2 ;此位为1,转WRBYT2 CLR SDA;此位为0,发送0 SETB SCL; 时钟脉冲开始 NOP NOP CLR SCL ; 时钟脉冲结束 DJNZ R7,WRBYT1 ;未发送完,转WRBYT1 RET单片机中级教程 原理与应用36WRBYT2: SETB SDA; 此位为1,发送1 SETB SCL ; 时钟脉冲开始NOPNOPCLR SCL ; 时钟脉冲结束CLR SDADJNZ R7,WRBYT1;未发送完,转WRBYT1RET单片机中级教程 原理与应用37F. 单字节数据接收子程序： 从SDA线上读一个字节的数据，存入A中。RDBYT: MOV R7,#8 ; 接收8

16、位RDBYT1: SETB SDA ; SDA为输入状态 SETB SCL; 时钟脉冲开始 MOV C,SDA ;读SDA线 MOV A,R6 ;取回暂存结果 RLCA;移入新接收位 MOV R6,A ; 将结果暂存R6 CLRSCL; 时钟脉冲结束 DJNZ R7,RDBYT1 ;未读完8位,转RDBYT1 RET ;读完8位,返回单片机中级教程 原理与应用382.利用I2C扩展I/O接口 PCF8574T是一种单片CMOS电路，具有I2C总线接口和8位准双向口。在I2C总线系统中仅作从器件。具有低的电流损耗，最大静态电流为10 A；能输出大的电流，并有锁存功能，可直接驱动 LED发光管；有

17、中断逻辑线；3根硬件地址引脚使I2C总线系统可挂接8只 PCF8574。器件的串行时钟的最高频率为400 kHz单片机中级教程 原理与应用39SDA：串行数据线，双向。SCL：串行时钟线，输入。P7P0：8位准双向输入/输出口。准双向口的每一位可作输出或输出。上电复位时，口的每一位均为高电平。某位在作输入前，应置为高电平。A2A0：地址输入线。INT：中断输出线，低电平有效。单片机中级教程 原理与应用40 PCF8574 的每个I/O 口都可单独用作输入或输出。输入通过读模式将数据传送到MCU，输出通过写模式将数据发送到端口。 寻址PCF8574 和PCF8574A 的单片机中级教程 原理与应用41 写模式（输出）单片机中级教程 原理与应用42 读模式（输入）单片机中级教程 原理与应用43 中断 在输入模式中（读），口输入信号的上升或下降沿产生中断。单片机中级教程 原理与应用44PCF8574读方式的连接将开关的状态读入片内RAM 30H单元中。单片机中级教程 原理与应用45开始条件PCF8574为读方式检查ACK信号读数据 单片机中级教程 原理与应用4