實驗八51系列單片機IIC課件

實驗八51系列單片機讀寫I2C總線I2C總線是PhilipsInterIntegrateCircuitBUS）。其在芯片間使用兩根連線實現(xiàn)全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，一條數(shù)據(jù)線（SDA）和一條串行時鐘線（SCL），可以很方便地構成外圍器件擴展系統(tǒng)。I2C總線是很簡單方便的芯片間串行擴展總線。使用I2C總線可以直接和具有I2C總線接口的單片機通信，也可以和各種類型的外圍器件進行通信，如存儲器、A/D、D/A、鍵盤、LCD等。目前Philips、Atmel、Maxim以及其他集成電路制造商推出了很多基于I2C總線的單片機和外圍器件，如24系列E2PROM、串行實時時鐘芯片DS1302、USB2.0芯片CY7C68013A等。本章主要介紹了I2C總線的工作原理、結構以及尋址方式，并重點介紹了數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以及程序實現(xiàn)。這些程序均以子程序的形式提供，便于讀者調用。最后通過具體的實例，介紹如何使用單片機讀寫具有I2C總線接口的E2PROM。I2C總線概述I2C總線對數(shù)據(jù)通信進行了嚴格的定義，要進行I2C總線的接口設計，就需要首先了解I2C總線的工作原理圖、尋址方式和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等。8.0I2C總線工作原理典型的I2C總線系統(tǒng)結構，如圖28.1所示。其采用兩線制，由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL構成?？偩€上掛接的單片機（主器件）或外圍器件（從器件），其接口電路都應具有I2C總線通信能力。8.3I2C總線器件的尋址方式I2C總線上的所有器件連接在一個公共的總線上，因此，主器件在進行數(shù)據(jù)傳輸前選擇需要通信的從器件，即進行總線尋址。I2C總線上所有外圍器件都需要有惟一的地址，由器件地址和引腳地址兩部分組成，共7位。器件地址是I2C器件固有的地址編碼，器件出廠時就已經(jīng)給定，不可更改。引腳地址是由I2C總線外圍器件的地址引腳（A2，A1，A0）決定，根據(jù)其在電路中接電源正極、接地或懸空的不同，形成不同的地址代碼。引腳地址數(shù)也決定了同一種器件可接入總線的最大數(shù)目。地址位與一個方向位共同構成I2C總線器件尋址字節(jié)。尋址字節(jié)的格式如表所示。方向位（R/）規(guī)定了總線上的主器件與外圍器件（從器件）的數(shù)據(jù)傳輸送方向。當方向位R/=1，表示主器件讀取從器件中的數(shù)據(jù)；R/=0，表示主器件向從器件發(fā)送數(shù)據(jù)。8.3I2C總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議及其程序詳解I2C總線規(guī)定了嚴格的數(shù)據(jù)通信格式，所有具有I2C總線接口的器件都必須遵守。另外，對于應用最廣的51系列單片機，卻沒有提供I2C總線接口。實際上，利用這些單片機的普通I/O口，采用軟件模擬I2C總線SCL和SDA上的數(shù)據(jù)傳送時序，完全可以實現(xiàn)對I2C總線器件的讀、寫操作。下面就分別介紹數(shù)據(jù)傳輸過程中的格式以及如何使用8051單片機來實現(xiàn)。這里假設51系列單片機的外接晶振頻率為6MHz，單片機的機器周期為2μs，采用P1.0作為時鐘線SCL，P1.1作為數(shù)據(jù)線SDA。8.3.1起始信號起始信號用于開始I2C總線通信。在時鐘線SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上出現(xiàn)由高電平向低電平變化的下降沿時，被認為是起始信號。起始信號出現(xiàn)以后，才可以進行尋址或數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。如果采用C語言進行程序設計，則其程序示例如下：voidI_Start(){ SDA=HIGH; I_Delay(100); SCL=HIGH; I_Delay(100); SDA=LOW; I_Delay(100); SCL=LOW; I_Delay(100);}8.3.3應答信號應答信號用于表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y束。I2C總線數(shù)據(jù)傳送時，每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后都必須有應答信號。應答信號從主器件產(chǎn)生。主器件在第9個時鐘位上釋放數(shù)據(jù)總線，使其處于高電平狀態(tài)，此時從器件輸出低電平拉低數(shù)據(jù)總線為應答信號。如果采用C語言進行程序設計，則發(fā)送應答位子程序示例如下：voidI_Ack(){ SDA=LOW; I_Delay(100); SCL=HIGH; I_Delay(100); SCL=LOW; I_Delay(100); SDA=HIGH; I_Delay(100);}8.3.4非應答信號非應答信號用于數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異常而無法完成時。在傳送完一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，在第9個時鐘位上從器件輸出高電平為非應答信號。非應答信號的產(chǎn)生有兩種情況。當從器件正在進行其他處理而無法接收總線上的數(shù)據(jù)時，從器件不產(chǎn)生應答，此時從器件釋放總線，將數(shù)據(jù)線置為高電平。這樣，主器件可產(chǎn)生一個停止信號來終止總線數(shù)據(jù)傳輸。當主器件接收來自從器件的數(shù)據(jù)時，接收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須給從器件發(fā)送一個非應答信號，使從器件釋放數(shù)據(jù)總線。這樣，主器件才可以發(fā)送停止信號，從而終止數(shù)據(jù)傳送。8.3.5應答位檢查應答位檢查用于檢測接收的是否為正常的應答信號，以便于判斷數(shù)據(jù)接收是否正常，方便后期處理。如果采用C語言進行程序設計，則檢查應答位子程序示例如下：bitI_TestAck(){ bitErrorBit; SDA=HIGH; I_Delay(100); SCL=HIGH; I_Delay(100); ErrorBit=SDA; SCL=LOW; I_Delay(100); return(ErrorBit);}8.3.7寫數(shù)據(jù)I2C總線協(xié)議規(guī)定了完整的數(shù)據(jù)傳送格式。按照協(xié)議規(guī)定，數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始以主器件發(fā)出起始信號為準，然后發(fā)送尋址字節(jié)。尋址字節(jié)共8位，高7位是被尋址的從器件地址，最低一位是方向位，方向位表示主器件與從器件之間的數(shù)據(jù)傳送方向，方向位為“0”時表示主器件向從器件發(fā)送數(shù)據(jù)（寫）。在尋址字節(jié)后是將要傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)與應答位，數(shù)據(jù)可以多字節(jié)連續(xù)發(fā)送。在數(shù)據(jù)傳送完畢后，主器件必須發(fā)送終止信號已釋放總線控制權。如果主器件希望繼續(xù)占用總線，則可以不產(chǎn)生終止信號，馬上再次發(fā)送起始信號，并對另一從器件進行尋址，便可進行新的數(shù)據(jù)傳送。寫入8位I_Write8Bit(INT8Uinput){ INT8Ui; for(i=0;i<8;i++) {SDA=(bit)(input&0x80); SCL=HIGH; I_Delay(100); SCL=LOW; I_Delay(100); input=input<<1; }}向指定的地址中寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)voidwrite_byte(INT8URomAddress,INT8UWdata){ I_Start(); I_Write8Bit(WriteDeviceAddress); I_TestAck(); I_Write8Bit(RomAddress); I_TestAck();I_Write8Bit(Wdata); I_TestAck();

I_Stop(); I_Wait(20);}讀取8位INT8UI_Read8Bit(){ INT8Ui,rbyte=0; for(i=0;i<8;i++) {SCL=HIGH; rbyte=rbyte<<1; rbyte=rbyte|((INT8U)(SDA)); SCL=LOW; } return(rbyte);}從地址中讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)INT8Uread_random(INT8URomAddress){INT8URead_data;I_Start(); I_Write8Bit(WriteDeviceAddress); I_TestAck(); I_Write8Bit(RomAddress); I_TestAck(); I_Start(); I_Write8Bit(ReadDeviceAddress); I_TestAck(); Read_data=I_Read8Bit(); I_NoAck(); I_Stop(); return(Read_data);}8.451單片機讀寫EEPROMI2C總線接口器件以體積小、接口簡單、讀寫操作方便等優(yōu)點，使其在單片機系統(tǒng)中有著廣泛的應用。目前常用于存儲系統(tǒng)必要的參數(shù)，如密碼、啟動代碼、設備標識等。例如，計算機主板中的BIOS就使用的是一個帶有I2C總線的EEPROM，其中保存了系統(tǒng)得重要信息和系統(tǒng)參數(shù)的設置程序。目前USB接口及其設備越來越被廣泛使用，大有取代其他老式接口的趨勢。然而，如何區(qū)分計算機上連接的眾多USB外圍設備呢？其實絕大部分的USB接口芯片都通過上電讀一個帶有I2C總線的串行EEPROM，來載入該設備的ID（包括VendorID、ProductID和DeviceID），根據(jù)這些ID來區(qū)分各個USB設備，并加載相應的驅動程序。函數(shù)的調用main(){INT8Uiic_dat;clr_scr(0);clr_scr(1);//write_byte(1,13);iic_dat=read_random(1);disp_zf(iic_dat/10,0,0,0);disp_zf(iic_dat%10,8,0,0);while(1)；}8.5小結本章詳細介紹了I2C串行總線的工作原理、結構