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

2、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。I2C总线的另 一 个 优 点 是 ，它 支 持 多 主 控 (multimastering) ， 其 中 任

3、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，

4、 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1:72.3 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

5、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 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

6、 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30

7、A110 。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I2C总线接口器件的型号地址是厂家给定的，如AT24C

8、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 电平给定开始位彳 12c总线 控制字AT24C01 控制于A2AO R丽FT花鬲也址D? D6 D5 D4 D9 D2 D1 DO图3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(2 1 1 =2048)。若以256字节为1页，则 多于8位的寻址视为页面寻址。在AT

9、24C 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3.2 AT89S51 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。5V图5AT24C01 与51单片机接口3.3 AT24C 系列 E2

10、PROM 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线24C二】动作图6写一个字节的时序图3.3.2 AT24C01b闽作SDA坡24coi动作图7写

11、一页的时序图的读操作19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

12、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图电平）随后发停止信号CFg作SDA线24C01动作校制字BbitS 1 0 1 0 A2 Al AD 1数据n法控制军8b it 地址8b itSDA建24coi动作mmACK图9读任意地址内容CF作SDA葭2 Koi动作校翔字Bbit1i,KK止门 i:二二四-p 'Vr¥FN1 tet® *-*'数据门"图10读连续地址内容4 汇编写的24C01 单字节读写程序J24C01存储器I2C总线实验汇编图8读当前

13、地址内容技;站长：逸风;E-mail:;SDAEQUP2.0SCLEQUP2.1AddressEQU08HI2CDataEQU09HORG 0000HSTART:MOVSP,#60HMOVAddress,#00HMOVI2CData,#55HCALLI2C_WRITEMOVI2CDATA,#0AAHMOVAddress,#00HCALLI2CREADJ中山单片机学习网J;写入数据语言例子ew51仿真编程器配套实验板学习例智佳科MOVI2CData,A；读出数据NOPNOPMAIN:MAINJMP/*=写一个 字节Address 地址 I2CDatata 写入 的数据=*/I2C_WRITE:I

14、2C_WRITE_A:LCALLI2C_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_SEND8BITI2C_ACKI2C_WRITE_AA,AddressI2C_SEND8BITI2C_ACKA,I2CData;=1 ,表示无确认，再;I2C写入从地址00H;I2C写入数据AAHLCALLI2C_SEND8BITLCALLI2C_ACKLCALLI2C_STOPRET/*=读一个 字节Address 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

15、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_ACKJC I2C_READ_A ;=1 ,表示无确认，再次发送;设置读出地址;写入读出地址;应答MOVA,AddressLCALLI2C_SEND8BITLCALLI2C_ACKI2C_READ_B: 读出 I2C 数据LCALLI2C_START ;启动开始信号MOVA,#B ;I2C 读出LCALLI2C_SEND8BIT ;写入I2C控制字读出LCALLI2C_ACKJCI2C_READ_

16、BLCALLI2C_RECEIVE8BIT;MOVI2CData,ALCALLI2C_ACKLCALLI2C_STOPRET 尸=；发送开始信号I2C_START:SETBSCLSETBSDANOPNOPCLRSDANOPNOPCLRSCLRET；=;发送结束信号I2C_STOP:CLRSDANOPNOPSETBSCLNOPNOPSETBSDARETJ;发送接收确认信号I2C_ACk:应答信号SETBSETBNOPNOPJBCLRSJMPI2C_ACK0:SETBI2C_ACK_END:CLRSDASCLSDA,I2C_ACK0CI2C_ACK_ENDCSCLRET尸=;送八位数据I2CSEN

17、D8BIT:MOVB,#08HI2C_SEND8BIT_A:RLC AMOVSDA,CSETBSCLNOPNOPCLR SCLDJNZB,I2C_SEND8BIT_ARET尸=;接收八位数据I2C_RECEIVE8BIT:MOVB,#08HCLR A;SETBSDAI2C_RECEIVE8IT_A:SETBSCLNOPNOPMOVC,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/

18、*=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_send8bit(unsigned char);unsigned char i2c_receive8bit(void);void i2c_start(void);void i2c_sto

19、p(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_start();i2c_send8bit(0xA0);while(i2c_ack();i2c_send8bit(Address);i2c_ack();i2c_send8bit(Data);i2c

20、_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_send8bit(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biti2c_ack(void)bitack;SDA = 1;SCL = 1;if(SDA=1)ack = 1;elseack = 0;SCL = 0; return (ack);/ 送 八 位 数 据void i2c