I2C总线原理介绍,AT24C02内部原理介绍

1、编写“读写I2C总线原理介绍，AT24C02内部原理介绍AT24C02EEPROM”程式，讲解几种常见的读写方式“读写AT24C02EEPROM”程式调试第一部分I2C总线原理串行扩展总线技术是新一代单片机技术发展的一个显著特点。其中PHILIPS公司推出的I2C总线(INTELICBUS)最为著名。与并行扩展总线相比，串行扩展总线有突出的优点：电路结构简单，程序编写方便，易于实现用户系统软硬件的模块比、标准化等。目前I2C总线技术已为许多著名公司所采用，并广泛应用于视频音像系统中。一、I2C总线特点I2C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，因此常小，减少了电路板的空间

2、和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，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。其主要特点如下：只要求两条总线线路一条串行数据线每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机从机关系软件设定地址主机可以作为主机发送器或主机接收器它是一个真正的多主机总线如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达模式下可达3.4Mbit/s片上的滤波器可以滤去总线数

3、据线上的毛刺波保证数据完整I2C总线占用的空间非25英尺，并且能够它支持多主控(multimastering)，其SCL100kbit/s快速模式下可达400kbit/s高速SDA一条串行时钟线连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容400pF限制极低的电流消耗抗高噪声干扰电源电压范围宽工作的温度范围广I2C总线图示二、I2C总线工作原理1总线的电气结构I2C为双向同步串行总线，总线接口内部结构如下图所示。总线端口输出为开漏结构，故总线上必须有上拉电阻R，上拉电阻与电源V、SDA/SCL有关，通常可选5D10K欧姆。PDDI2CI2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信

4、号、结束信号和应答信号。亍亍T+VDDpull-upoPresistorsKPKPSDA(SerialDataLine)fTSCL(SerialClockLine)SCLKISCLKSCLKN1|PDATAN1|P1SCLKN2DATAN2|OUT1IOUT1I11矗*lOUT1IOUT1I分！分！1s泮YJ即YJDEVICE1DEVICE2I2C总线接口的电气结构总线的构成及信号类型I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送。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

5、路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主机（或从机），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，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整地址码和控制量两部分，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。器件地址器件地址由7位组成，最低位（DO）是数据方向位（R/W）。其格式如下所示:D7DOM3D腸IM1IU0|皿A1|A0|R理其中，DA3DA0是I2C总线器件固有的地址编码，器件出厂时就被固化。例如AT24CXX器件的器件地址

6、为1010,SAA1064的器件地址为0111。A2A0是I2C总线器件的外部管脚地址，由用户设定。R/W用于说明数据的传送方向；即为1时，接收从器件的数据；为0时，则将数据写到从器件。.数据的有效变化变化有效时序图开始和停止的定义.开始信号、停止信号和应答信号当SCL为高电平时，数据的变化表示“开始”或“停止”两种状态。开始信号（S）：SCL处于高电平时，SDA从高电平转向低电平表示一种操作的开始，所以该状态应在其它命令之前执行。见上图。停止信号（P）：SCL处于高电平时，SDA从低电平转向高电平表示一种操作的结束，将停止所有通讯。在一个读时序后，停止命令置EEPROM于等待状态。应答信号（

7、A）：接收数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数据的器件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。应答信号应答信号I2CI2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。亍亍T+VDD三、I2C总线时序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。主机和从机都可以工作于接收和发送状态。通常主机产生开始信号、时钟信号和停止信号。I2C总线上数据传送时序如下图所示。总线上传送

8、的每一帧数据均为一个字节，启动I2C总线后，传送的字节数没有限制，只要求每传送一个字节后，接收器必须回应一个应答位。在发送时，首先发送的是数据的最高位。每次传送开始时有起始信号，结束时有停止信号。在总线传送完一个字节后，可以通过对SCL的控制，使传送暂停。例如，当接收器接收N个字节数据后，需要暂停作其它的处理（例如内部一个中断服务程序），这时可在应答信号后，使SCL变低电平，控制总线暂停。1D1D主器件发送数据的操作卿操作）在这种方式下，主器件作为弄送器,从器件作为接收器。其操作顺序如下图所示，主器件首先发出开始信号（S其操作顺序如下图所示，主器件首先发出开始信号（S）,再发出地址和写操作数据

9、，然后等待从器件I2CI2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。亍亍T+VDD的应答信号口A）；主器件收到应答后，再发出数据，发完数据后等待应答信号；直到所有数据完全发送完成，再发出停止信号口P）。S地址S地址WAdatalAdata2AdataNAP亍亍T+VDD亍亍T+VDD需要注意的是：发送器在发送完数据后，等待应答信号时，应释放SDA线（使SDA为高电平），这样才能接收接收器发出的应答信号。2.主器件接收数据的操作（读操作）在这种方式下，主器件先作为发送器，然后作为接收器；从器件先作为接收器，然后作为发送器。其操作顺序如下图所示，主器件首先发

10、出开始信号（S）,接着发出地址和读操作数据，然后等待从器件的应答信号（A）；从器件在发出应答后，接着输出数据；主器件在接收到数据后，发出应答信号（A）；从器件在收到应答后，再传送下一个，直到发送最后一个数据；当主器件收到最后一个数据后，不再发出应答信号，而是非应答信号（A），以通知从器件不需要再发送数据。非应答信号（A）即正脉冲。主器件最后发出停止信号（P）。地址R地址RAdatalAdata2AdataNAP四、相关操作例程80C51的系统时钟为6MHZ，单周期指令为2us。1.开始信号（STA）STA：SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSDANOPNOPCLRSCLRET停止信

11、号（STOP）STOP：CLRSDASETBSCLNOPNOPSETBSDANOPNOPCLRSDACLRSCLRET应答信号（ACK）ACK：CLRSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLSETBSDARET非应答信号（NACK）NACK：SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLCLRSDARET5.应答判断（CACK）;置SDA为输入方式SETBSCLCLRF0MOVC;置SDA为输入方式SETBSCLCLRF0MOVC，SDAJNCCENDSETBF0CEND：CLRSCLRET6.发送一个字节数据（WDATA）；输入SDA管脚状态；检查SDA状态，正常应答转CENDWD

12、ATA：MOVR0，08HWLP：RLCAJCWR1AJMPWR0WLP1：DJNZR0，WLPRETWR1：SETBSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLCLRSDAAJMPWLP1WR0：CLRSDASETBSCLNOPNOPCLRSCLAJMPWLP17.接收一个字节数据（RDATA）RDATA：MOVR0，#08HRLP：SETBSDASETBSCLMOVC，SDAMOVA，R2RLCAMOVR2，ACLRSCLDJNZR0，RLPRET第二部分AT24C02内部原理1芯片说明AT24C01/02/04/08/16提供1024/2048/4096/8192/16384位串行EEP

13、ROM，EEPROM组态为128/256/512/1024/2048X8位。AT24C01为低功耗CMOS工艺制造，可单电压工作。2芯片特点低电压5.0V(VCC=4.56.0V)3.0V(VCC=2.76.0V)2.5V(VCC=2.256.0V)2.0V(VCC=1.86.0V)内部组态AT24C01的容量为128X8(1KB)，AT24C02的容量为256X8(2KB)，AT24C04的容量为512X8(4KB),AT24C08的容量为1024X8(8KB),AT24C16的容量为2048X8(16KB)。双线串行接口(双线为：时钟线SCL，串行数据线SDA)；双线数据传送协议；支持IS

14、O/IEC7816-3同步协议；8字节页面(1KB,2KB)、16字节页面(4KB,8KB,16KB)写入方式；允许部分页面写入；自定时写入周期(最大10ms)；高可靠性，擦写次数可达10万个周期，数据保存期达100年；以晶片、模块及标准封装等形式提供。标准封装有8个引脚的双列直插(PDIP)、8个引脚的表面封装和14个引脚的饿表面封装(SOIC)；晶片和芯片厚度为(612)mil；提供测试卡中芯片的测试程序；芯片体积较小，增加了可靠性，降低了成本。3封装形式及管脚管脚功能说明引脚功能A2A0地址SDA串行数据SCL串行时钟WP写保护NC未连接4芯片最大额定值工作温度：-55+125C储存温度

15、：-65+150C任一管脚对地电压：-1.0+0.7V最大工作电压：6.6VDC输出电流：50mA5芯片内部功能逻辑AT24C01芯片逻辑图如图F3-2所示。下面对该芯片引脚作一简要说明。引脚说明SCL（串行时钟）：SCL上升沿将数据输入到EEPROM芯片，下降沿将EEPROM中的数据输出。其数据传送的最高速率为100Kbit/s（位/秒）。SDA（串行数据）：双向串行数据传送引脚，该引脚采用漏极开路驱动，可以与其它任何数量的漏极开路或集极开路器件进行“线或”。AO、A1、A2（器件/页地址）：器件地址输入端，应用于标准封装中。WP：写保护。接高电平时，写保护；接地时，可进行读写操作。逻辑图组

16、成开始/停止逻辑：控制一次读/写操作的开始和停止。串行控制逻辑：在IC卡中，SCL为同步时钟，地址、数据和读写控制命令从SDA输入，由串行控制逻辑区分。地址/计数器：形成访问EEPROM的地址，分别送X译码器进行字选，送Y译码器进行位选。VCCGNDVCCGNDAT24C01芯片逻辑图升压/定时线路：EEPROM的写入操作需要高电压，所以芯片内有升压线路，将标准电压提升至1220V。数据输入/应答逻辑：控制数据的输入/输出和确认应答信号。器件操作时钟和数据传送：SCL和SDA通常各自通过一个电阻上拉到高电平，SDA上的数据仅在SCL为高电平时有效，在低电平时允许数据变化。当SCL为高电平时，数

17、据的变化表示“开始”或“停止”两种状态。SCL开始停止数据变化有效时序图态。SCL开始停止数据变化开始态和停止态的定义开始态：SCL开始态和停止态的定义开始态：SCL处于高电平时，命令之前执行。见图F3-4。停止态：SCL处于高电平时，SDA从低电平转向高电平表示一种操作的结束，将停止所有通讯。在一个读时序后，停止命令置EEPROM于等待状态。SCL确认（ACK）：所有地址和数据字以8位码串行输入、输出，总线上的任何接收数据设备SCL亍亍T+VDD亍亍T+VDD开始1010A0R/WLSB1K/2K开始1010A0R/WLSB1K/2K4K1010P0R/W8K1010P1P0R/W16K10

18、10P2P1P0R/W数据输出（从发送器）数据输出（从接收器）确认图F3-5数据接收和确认（当与EEPROM通讯时）必须将SDA总线置于低电平，以确认它成功的接收到了每一个字，该确认必须在每个字及其它所有设备脱离SDA总线之后，即第九个时钟周期发生，见图F3-5。EEPROM也通过在收到的每个地址或数据之后，置SDA于低电平的方式确认。6器件寻址1KB、2KB、4KB、8KB和16KBEEPROM在开始状态后均需要一个8字节器件地址作为设备寻址码，使器件能进行读/写操作。图F3-6为设备寻址码MSB设备寻址码从图中可以看出，设备寻址码的前四位为1010，这在所有EEPROM设备中都是一样的。对

19、于1KB/2KBEEPROM来说，接下来的3位器件寻址码是A2、AA0,这3位必须和它们相应的硬件连线即输入管脚相对应。4KBEEPROM仅用A2和A1器件寻址位，第三位是存储器页面寻址位P0。这两个器件寻址位必须和亍亍T+VDD它们相对应的硬件连线即输入管脚相应，A0管脚不连接。8KBEEPROM仅用A器件寻址位，下两位存储器页面寻址位2连线即输入管脚相应，A和A0管脚不连接。16KBEEPROM没有任何设备寻址位，但有三位P1和PO。A?必须和它相对应的硬件4KB和16KB上的页面寻址位应被视为随后数据寻址的最高位，A、A和A管脚不连接。21O器件寻址的最低位是读/写操作选择位R/W,该位

20、处于高电平时激发读操作；该位处于低电平时激发写操作。设备寻址一经比较，EEPROM将在SDA总线上输出一个确认，如果没有作比较，芯片将回到待机状P2、它们相对应的硬件连线即输入管脚相应，A0管脚不连接。8KBEEPROM仅用A器件寻址位，下两位存储器页面寻址位2连线即输入管脚相应，A和A0管脚不连接。16KBEEPROM没有任何设备寻址位，但有三位P1和PO。A?必须和它相对应的硬件4KB和16KB上的页面寻址位应被视为随后数据寻址的最高位，A、A和A管脚不连接。21O器件寻址的最低位是读/写操作选择位R/W,该位处于高电平时激发读操作；该位处于低电平时激发写操作。设备寻址一经比较，EEPRO

21、M将在SDA总线上输出一个确认，如果没有作比较，芯片将回到待机状P2、P1、P0用于存储器页面寻址位。态。7、写操作写字节：写操作需要在给出开始态、器件地址和确认之后，紧跟着给出一个8位数据地址。一经收到该地址，EEPROM通过SDA发出确认信号，并随时钟输入8位数据。在收到数据之后，EEPROM将向SDA确认，数据传送设备必须用停止状态来终止写操作，这时，8位SDALINEEEPROM进入一个内计时固定存储器写入周期。直到写完后才对通讯应答，见图F3-7。在该写周期时，所有输入被禁止，EEPROM器件始地址写停写地址数据止MLAASSCCBBKK(ACK：确认MSB：最高位LSB：最低位口：

22、对1K芯片无用)图F3-7写字节时序叮页面：1KB/2KBEEPROM能进行8字节页面写入，4KB、8KB和16KB设备能进行16字节页面写入。激发写页面与激发写字节相同，只是数据传送设备无需在第一个字节随时钟输入之后，发出一个停止状态。在EEPROM确认收到第一个数据之后，数据传送设备能再传送7个（1KB、2KBD015个(4KBD8KB、16KB)数据，每一个数据收到之后，EEPROM都将通过SDA回送一个确认信号，最后数据传送设备必须通过停止状态终止页面写序列。如图F3-8所示。图F3-8写页面时序数据字地址的低3位(1KB、2KBD004位(4KBD8KB、16KB)在收到每个数据字后

23、，内部自动加1，数据字地址的高位字节保持不变，以保持存储器页地址不变。如果传送到EEPROM中的数据字超过8(1KB、2KBD016D4KBD8KB、16KB)字节，数据字地址将“重复滚动”，以前的数据将被覆盖。确认询问：一旦内计时固定存储器写入周期开始，EEPROM输入禁止，只有在内写循环完成时，EEPROM才通过SDA总线上的确认应答，允许读或写过程继续进行。8、读操作亍亍T+VDD除了器件地址码中读/写选择位置1以外，激发读操作与写操作是一样的。有三种读操作：立即地址亍亍T+VDD11”递增。只要芯读取、随机地址读取、顺序读取。口立即地址读取：内部数据字地址指针保持在读写操作中最后访问的

24、地址，按“亍亍T+VDD片保持上电，该地址在两个操作之间一直有效，如果最后一个操作是在地址n处读取，则立即地址是n+1；亍亍T+VDD如果最后操作是在地址n处写入，则立即地址也是n+1。SDALINELASCBK图F3-9立即地址读有一种情况例外，如果地址n是存储列中的第8个（1KB、2KB）或第16个(4KB、8KB、16KB)字节地址，用增加的地址n+1将“滚”置同一列的第一个字节地址。一旦读/写选择位置1，器件地址随时钟输入，并被EEPROM确认，立即寻址数据随时钟串行输出。读数据的器件不是通过确认（使总线处于高电平）来应答，而是随后产生一个停止状态。见图F3-9所示。口随机地址读取：随

25、机读取需要一个“空”字节写序列来载入数据地址，一旦器件地址码和数据码地址码时钟输入，并被EEPROM确认，数据传送设备就必须产生另一个开始条件。读/写选择位处于高电平时，通过送出一个器件地址，数据传送设备激发出一个立即寻址读取，EEPROM确认器件地址，并随时钟串行输出数据。器件读数据不通过确认（使SDA总线处于高电平）应答，而通过产生一个停止条件应答。如图F3-10所示。器件SDALINE器件开开八停始地址写写地址始noDDI顺序读取：空写K图F3-10随机地址读顺序读取由立即地址读取或随机地址读取激发，在读数据器件收到一数据码之后，通过“确认”应答，只要EEPROM收到确认之后，便会继续增

26、加数据码地址及串行输出数据码。当达到存储器地址极限时，数据码地址将重复“滚动”，顺序读取将继续。当读数据器件不通过确认（使SDA总线处于高电平）应答，而通过产生一个停止条件应答时，顺序读取操作被终止。如图F3-11所示。亍亍T+VDD9、操作例程SCLEQUP1.1SDAEQUP1.0开始信号：STAR：CLRSCLSETBSDAACALLDELAYSETBSCLACALLDELAYCLRSDAACALLDELAYCLRSCLACALLDELAY1RET停止信号：STOP：CLRSDASETBSCLACALLDELAYSETBSDAACALLDELAYCLRSDACLRSCLACALLDELA

27、Y1RET发送一个字节：SEND：MOVR0，#08HSEND0：RLCAMOVSDA，CSETBSCLACALLDELAYCLRSCLACALLDELAY1DJNZR0，SEND0RET接收一个字节：REV：MOVR0，#08HSETBSDAREV0：SETBSCLACALLDELAY1MOVC，SDARLCAACALLDELAY1CLRSCLACALLDELAYDJNZR0，REV0RET接收一个应答位：ACKI：SETBSDASETBSCLACALLDELAYMOVC，SDACLRSCLACALLDELAY1RET发送一个应答位：ACKO：CLRSDASETBSCLACALLDELAYCLRSCLSETBSDAACALLDELAY1RET发送一个非应答位（NOACK）：NACKO：SETBSDASETBSCLACALLDELAYCLRSCLACALLDELAY1RET延时子程序：AT24C02SCL低电平4.7us；高电平4.0us（工作于100KHZ）DELAY：NOPNOPNOPNOPNOPNOPRETDELAY1：NOPNO