如何對(duì)AT24C02編寫驅(qū)動(dòng)程序——IIC總線協(xié)議

1、I2C串行總線的組成及工作原理串行總線的組成及工作原理8.1 I2C串行總線的組成及工作原理串行總線的組成及工作原理采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡化、采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。擴(kuò)充極為容易。常用的串行擴(kuò)展總線有：常用的串行擴(kuò)展總線有： I2C （Inter IC BUS）總）總線、線、單總線單總線（1WIRE BUS）、）、SPI（Serial Peripheral Interface）總線及）總線及Microwire/PLUS等。等。 本課僅討論本課僅討論

2、I2C串行總線。串行總線。8.1.1 8.1.1 I2C串行總線概述串行總線概述 I2C總線是總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。性能串行總線。 I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另，另一根是時(shí)鐘線一根是時(shí)鐘線SCL。 I2C總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總為高電平。連到

3、總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及及SCL都是線都是線“與與”關(guān)系關(guān)系。 每個(gè)接到每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是址。主機(jī)與其它器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時(shí)主機(jī)即由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則為為發(fā)送器。由總線上接收數(shù)據(jù)的器件則為接收器接收器。 在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂， I2C總線要通總線要通

4、過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。 在在80C51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，我們經(jīng)常遇到的是以我們經(jīng)常遇到的是以80C51單片機(jī)為主機(jī)，其它單片機(jī)為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。 一、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定一、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定 I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。，

5、數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。8.1.2 8.1.2 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送總線的數(shù)據(jù)傳送二、起始和終止信號(hào)二、起始和終止信號(hào) SCL線為高電平期間，線為高電平期間，SDA線由高電平向低電線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。 起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。就處于空閑狀態(tài)

6、。 連接到連接到I2C總線上的器件，若具有總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號(hào)。很容易檢測到起始和終止信號(hào)。 接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能需要完成接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能需要完成一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，可能無法立刻接收一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，可能無法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放時(shí)，再釋放SCL線使之

7、為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進(jìn)行。進(jìn)行。 三、數(shù)據(jù)傳送格式三、數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答）字節(jié)傳送與應(yīng)答 每一個(gè)字節(jié)必須保證是每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。位）。 由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須

8、將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。 如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對(duì)無法接收的無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對(duì)無法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。 當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)

9、結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答非應(yīng)答”來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。（2）數(shù)據(jù)幀格式）數(shù)據(jù)幀格式 I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。 在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：組合方式： 在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），位），第第8位是數(shù)據(jù)的傳送方

10、向位（位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），用），用“0”表示主表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。另一從機(jī)進(jìn)行尋址。 a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過程中不變：個(gè)傳送過程中不變：注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)

11、傳送，無陰影部分則注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。 A表示應(yīng)答，表示應(yīng)答， A非表示非應(yīng)答（高電平）。非表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。表示終止信號(hào)。b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即從從機(jī)讀數(shù)據(jù)、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即從從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，、在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀兩次讀/寫方向位正好反相。寫方向位正好反相。四、總線的尋址四、總線的尋址 I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采

12、用總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。 （1）尋址字節(jié)的位定義）尋址字節(jié)的位定義 D7D1位組成從機(jī)的地址。位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送地址主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/T位

13、將自己位將自己確定為發(fā)送器或接收器確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有位尋址位有4位是固定位，位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋位是可編程位，這時(shí)僅能尋址址8個(gè)同樣的器件，即可以有個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件個(gè)同樣的器件接入到該接入到該I2C總線系統(tǒng)中總線系統(tǒng)中。8.2 80C51單片機(jī)單片機(jī)I2

14、C串行總線器件的接口串行總線器件的接口一、典型信號(hào)模擬一、典型信號(hào)模擬 為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線的數(shù)總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。I2C總線的起始信號(hào)、終總線的起始信號(hào)、終止信號(hào)、發(fā)送止信號(hào)、發(fā)送“0”及發(fā)送及發(fā)送“1”的模擬時(shí)序的模擬時(shí)序 ： 8.2.1 8.2.1 總線數(shù)據(jù)傳送的模擬總線數(shù)據(jù)傳送的模擬 主機(jī)可以采用不帶主機(jī)可以采用不帶I2C總線接口的單片機(jī)，如總線接口的單片機(jī)，如80C51、AT89C2051等單片機(jī)，利用軟件實(shí)現(xiàn)等單片機(jī)，利用軟件實(shí)現(xiàn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送，即軟件與硬件結(jié)合的信號(hào)模擬?？偩€的數(shù)據(jù)傳送

15、，即軟件與硬件結(jié)合的信號(hào)模擬。 二、典型信號(hào)模擬子程序二、典型信號(hào)模擬子程序（1）起始信號(hào)）起始信號(hào)Void T2CStart(void) SDA = 1;SomeNop( );SCL = 1;SomeNop( );SDA = 0;SomeNop( );（2）終止信號(hào)）終止信號(hào)void I2cStop(void)SDA = 0;SomeNop( );SCL = 1;SomeNop( );SDA = 1;SomeNop( ); 8.2.2 8.2.2 I2C總線器件的擴(kuò)展總線器件的擴(kuò)展一、一、擴(kuò)展電路擴(kuò)展電路 二、串行二、串行E2PROM的擴(kuò)展的擴(kuò)展 （1）串行）串行E2PROM典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品

16、 AT24C01：128字節(jié)（1288位）； AT24C02：256字節(jié)（2568位）；AT24C04：512字節(jié)（5128位）AT24C08：1K字節(jié)（1K8位）；AT24C16：2K字節(jié)（2K8位）； ATMEL公司的公司的AT24C系列：系列： （2）寫入過程）寫入過程 AT24C系列系列E2PROM芯片地址的固定部分為芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電平后得到確定引腳接高、低電平后得到確定的的3位編碼。形成的位編碼。形成的7位編碼即為該器件的地址碼。位編碼即為該器件的地址碼。 單片機(jī)進(jìn)行寫操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的單片機(jī)進(jìn)行寫操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地位地址

17、碼和寫方向位址碼和寫方向位“0”（共（共8位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)送完后釋放送完后釋放SDA線并在線并在SCL線上產(chǎn)生第線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為相應(yīng)，單片機(jī)收線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為相應(yīng)，單片機(jī)收到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。 傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫入器件的傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫入器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送各數(shù)

18、據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。 AT24C系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加自動(dòng)加1，在芯片的，在芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)一次裝載字節(jié)數(shù)”（不同芯片字節(jié)數(shù)不（不同芯片字節(jié)數(shù)不同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過芯片的同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過芯片的“一一次裝載字節(jié)數(shù)次裝載字節(jié)數(shù)”時(shí)，數(shù)據(jù)地址將時(shí)，數(shù)據(jù)地址將“上卷上卷”，前面的數(shù)據(jù)將被，前面的數(shù)據(jù)將被覆蓋。覆蓋。 當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束寫入操作。寫入寫入操作。寫入n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式 ： （3）讀出過程）讀出過程 單片機(jī)先發(fā)送該器件的單片機(jī)先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位位地址碼和寫方向位“0”（“偽偽寫寫”），發(fā)送完后釋放），發(fā)送完后釋放SDA線并在線并在SCL線上產(chǎn)生第線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為回應(yīng)。上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為回應(yīng)。 然后，再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收然后，再