单片机模拟I2C总线及AT24C01应用实例

1、单片 机模 拟 I2C 总 线及 AT24C01应用 实 例I 2 C(Inter Integrated 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

2、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

3、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

4、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 :SOA/XSCLj/ 、r111数据有效 （111 p z / /L改

5、变数据',3 1 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，结束传送数据开始条件结束条件2.5 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

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

7、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30讥110讥。3.1 AT24C 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I2CD?兀 D5 04 D9 D2 01 DO总线接口

8、器件的型号地址是厂家给定的，如AT24C 系列E2PR0M 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。'从勰件她址Il11111询AI西总线 控制字幵竽读*写雯确认1打10A2A1'A0R)WAT24C01 控制乎对于E2PR0M 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(2 1 1 =2048)。若以256字节为1

9、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E2PR0M 的器件地址寻3.2 AT89S51单 片机与AT24C01 E2PR0M 通 讯的硬 件实现图5 是用AT89S51 P2 口模拟I2C 总线与E2PR0M 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。iv图5AT24C01 与51单片

10、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。3.3.1 AT24C01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。AT24C01/028字节/每页AT24C04/08/1616 字节 / 每页CPUiSHTSDA转24U!动作图6写一个字节的时序图cpuzibfESDA线2

11、4C01动作图7写一页的时序图332 AT24C01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），

12、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。併吨件SDA线25动作控制罕BbitS 1 0 1 0 A2 Al AD 1数摇ftAC图8读当前地址内容开J±MlL丄丄.1 11 1No ACK始 控制宰Sb it 地址Bbit 話控制字时t图9读任意地址内容CF旧作SDA坡控制宇8bnACK2忙01动件C C誥*Vr“V”忡1敷据"2炯6”乳图10读连续地址内容4 汇编写的24C01 单字节读写程序24C01存储器I2C总线

13、实验汇编语言例子;ew51 仿 真 编 程 器程配套实验板学习例中山单 片机学习网 智佳科技站 长： 逸 风E-mail:SDAEQUP2.0SCLEQUP2.1AddressEQU08HI2CDataEQU09HORG 0000HSTART:MOVSP,#60HMOVAddress,#00HMOVI2CData,#55HCALLI2C_WRITE ; 写 入数 据MOVI2CDATA,#0AAH ;MOVAddress,#00HCALLI2C_READMOVI2CData,A;读出数据NOPNOPMAIN:MAINJMP/*= 写一个 字节 Address 地址 I2CDatata 写 入的

14、 数 据 = =*/I2C_WRITE:I2C_WRITE_A:LCALL I2C_START ； 启动开 始传 送信 号MOVLCALLLCALLJC次发送MOV开始LCALLLCALLMOVA,#B ； I2C 写入 控制 字 I2C_SEND8BIT I2C_ACKI2C_WRITE_AA,AddressI2C_SEND8BIT I2C_ACKA,I2CData;=1 ，表 示 无 确 认 ，再； I2C 写 入 从 地 址 00H； I2C 写 入 数 据 AAHLCALLI2C_SEND8BITLCALLI2C_ACKLCALL I2C_STOPRET/*=读一个字节Address

15、地 址Data 读出的数 据=*/I2C_READ: ；真正读之前先设置好读的控制字（采用写 入方式通知 I2C ）然 后读 ，注 意又 要重 新从 启动 I2C 开 始。I2C_READ_A:LCALLI2C_START ；启动开始信号MOVA,#B ；设 置 I2C 为 读LCALLI2C_SEND8BITLCALLI2C_ACKJCI2C_READ_A ;=1 ，表示无确认，再 次发送MOVA,Address；设置读出地址LCALLI2C_SEND8BIT；写入读出地址LCALLI2C_ACK；应答I2C_READ_B:读出I2C 数 据LCALLI2C_START；启动开始信号MOVA

16、,#B ;I2C读出LCALLI2C_SEND8BIT；写 入 I2C 控 制字 读出LCALLI2C_ACKJCI2C_READ_BLCALLI2C_RECEIVE8BIT ；MOVI2CData,ALCALLI2C_ACKLCALLI2C_STOPRETJ;发送开始信号I2C_START:SETBSCLSETBSDANOPNOPCLRSDANOPNOPCLRSCLRETJ;发送结束信号I2C_STOP:CLRSDANOPNOPSETB SCLNOPNOPSETB SDARETJ;发送接收确认信号I2C_ACk: 应 答信 号SETBSDASETBSCLNOPNOPJBSDA,I2C_ACK

17、0CLRCSJMPI2C_ACK_ENDI2C_ACK0:SETBCI2C_ACK_END:CLRSCLRET;送八位数据I2C_SEND8BIT:MOV B,#08HI2C_SEND8BIT_A:RLC AMOVSDA,CSETB SCLNOPNOPCLR SCLDJNZ B,I2C_SEND8BIT_ARET;接收八位数据I2C_RECEIVE8BIT:MOVB,#08HCLR A； SETB SDAI2C_RECEIVE8IT_A:SETB SCLNOPNOPMOVC,SDARLCA ;将读取数据通过C逐为移入累加器A中8次移动后就完成一个字节的接收。CLRSCL ; SCL为低 电平时

18、才允许SDA数据改变数据指针自动加 1 指向下一位数据。DJNZB,I2C_RECEIVE8IT_ARET5. C 语言写的 24C01 单 字节 读 写程 序/*=24C01 存 储器 I2C 总线实验C语言例子ew51 仿 真 编 程 器配套实验板学习例程中山单片机学习网智佳科技站长：逸风E-mail:=*/#include#includesbitSDA=0x90;sbitSCL=0x91;/ 函数 声明unsigned char i2c_read(unsigned char);void i2c_write(unsigned char,unsigned char);void i2c_sen

19、d8bit(unsigned char);unsigned char i2c_receive8bit(void);void i2c_start(void);void i2c_stop(void);bit i2c_ack(void);/= void main(void)unsigned char dd;i2c_write(0x00,0x55);_nop_();dd=i2c_read(0x00);for(;)/*= i2c_write( 地 址，数 据 ), 写一个 字节=*/void i2c_write(unsigned char Address,unsigned char Data)doi2c

20、_start();i2c_send8bit(0xA0);while(i2c_ack();i2c_send8bit(Address);i2c_ack();i2c_send8bit(Data);i2c_ack();i2c_stop();return;/*=i2c_read( 地 址 ， 数 据 ), 写 一 个 字 节=*/unsigned char i2c_read(unsigned char Address)unsigned char c;doi2c_start(); i2c_send8bit(0xA0);while(i2c_ack();/=1 ， 表示 无确 认， 再 次发 送i2c_sen

21、d8bit(Address); i2c_ack();doi2c_start();i2c_send8bit(0xA1);while(i2c_ack();c=i2c_receive8bit();i2c_ack();i2c_stop();return(c);/=/ 发送 开始 信号void i2c_start(void)SDA = 1;SCL = 1;SDA = 0;SCL = 0;return;/ 发 送 结 束 信 号void i2c_stop(void)SDA = 0;SCL = 1;SDA = 1;return;/ 发 送 接 收 确 认 信 号bit i2c_ack(void)bit ack;SD