用Proteus學(xué)習(xí)51單片機(jī)之I2C(IIC)總線

I2C總線使用兩條線，一條是時(shí)鐘線，稱為SCL，一條是數(shù)據(jù)線，稱為SDA，各個(gè)設(shè)備就并在總線上，每一個(gè)總線上的設(shè)備都有一個(gè)自己的地址，主機(jī)在操作設(shè)備的時(shí)候，都會(huì)先發(fā)送一個(gè)地址碼，告訴被操作機(jī)，接下來的命令由它接收。

接下來說一下I2C總線的數(shù)據(jù)有效性。I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，要求SCL為高電平時(shí)，SDA上的數(shù)據(jù)必需保持穩(wěn)定，換言之，當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA的電平不能變換，只有當(dāng)SCL為低電平時(shí)，SDA的電平才能變。

I2C總線通信時(shí)，需要遵照一定的協(xié)議，以下為一次通信過程：

1. 由主機(jī)發(fā)送起始信號(hào)，啟動(dòng)I2C總線。時(shí)序?yàn)椋赟CL為高電平期間，SDA出現(xiàn)一個(gè)下降沿。
2. 主機(jī)發(fā)送尋址信號(hào)，即告訴特定的設(shè)備，接下來的命令是發(fā)給它的。地址分為7位和10位，以7位為例，高7位為設(shè)備地址，最低位表示讀或?qū)懀?表示讀，0表示寫。
3. 應(yīng)答信號(hào)，I2C協(xié)議規(guī)定，每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（包括地址及命令）后，都要有一個(gè)接收設(shè)備返回的應(yīng)答信號(hào)，以確定信號(hào)是否被接收設(shè)備正確接收到了。其時(shí)序?yàn)?，在SCL信號(hào)為高電平期間，接收設(shè)備把SDA電平拉低。
4. 數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)主機(jī)發(fā)送發(fā)址并收到應(yīng)答后，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了，但是發(fā)送數(shù)據(jù)只能每次發(fā)送一位，并且每發(fā)送一位后都需要收到接收機(jī)的應(yīng)答?；蛑鳈C(jī)為接收設(shè)備時(shí)，主機(jī)對最后一個(gè)字節(jié)不應(yīng)答，表示向發(fā)送設(shè)備說，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。
5. 發(fā)送停止信號(hào)，在全部數(shù)據(jù)傳送完畢后，主機(jī)發(fā)送停止信號(hào)，時(shí)序?yàn)?，在SCL為高電平期間，SDA上產(chǎn)生一個(gè)上升沿。

前面講到，I2C協(xié)議要求數(shù)據(jù)的發(fā)送，要求SCL為低電平時(shí)，SDA才能變換，看一下上面的時(shí)序，可以看到，命令都是SCL為高電平時(shí)對SDA的操作，而發(fā)送數(shù)據(jù)則是SCL為低電平時(shí)對SDA操作。

這次拿來做實(shí)驗(yàn)的是AT24C02存儲(chǔ)芯片，在Proteus里面，它叫24C02C（或者24C02B），是一個(gè)2K bit的I2C總線的EEPROM存儲(chǔ)器，換成電腦上常用的KB也就是256KB，EEPROM表示它保存了以后不用加電池，也能保持?jǐn)?shù)據(jù)完好。實(shí)驗(yàn)的做法是，先把數(shù)據(jù)保存到芯片中，然后再讀出來，顯示到1602液晶上。

上面介紹了I2C總線的協(xié)議格式，即發(fā)送一個(gè)命令的格式，但是對于每一個(gè)設(shè)備來說，要操作它，是需要很多命令的，AT24C02的操作則主要是讀和寫，它分為頁讀寫（即一次讀寫一大片）和字讀寫（一次讀寫一個(gè)字節(jié)）兩種方式，初學(xué)么，只使用字讀寫方式，下面記錄一下讀寫的時(shí)序。

首先是寫數(shù)據(jù)，時(shí)序如下：

1.發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)

2.發(fā)送一個(gè)控制字（即芯片的地址）——等待應(yīng)答

3.發(fā)送要寫的芯片內(nèi)存儲(chǔ)單元地址——等待應(yīng)答

4.發(fā)送要寫入的數(shù)據(jù)——等待應(yīng)答

5.停止信號(hào)

接下來是讀數(shù)據(jù)的時(shí)序：

1.發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)

2.發(fā)送一個(gè)控制字（即芯片的地址，最低位為0即寫操作）——等待應(yīng)答

3.發(fā)送要讀取的芯片內(nèi)存儲(chǔ)單元地址——等待應(yīng)答

4.再發(fā)送一個(gè)地址信號(hào)(同第2步，但是最低位為1，即讀操作)——等待應(yīng)答

5.按每次一位，讀取數(shù)據(jù)

6.停止信號(hào)

I2C協(xié)議看起來相對復(fù)雜，但是在單片機(jī)里面實(shí)現(xiàn)，其實(shí)就是用兩個(gè)IO口，來模擬SCL和SDA的電平變化。以啟動(dòng)I2C為例（在SCL為高電平時(shí)，SDA發(fā)送一個(gè)下降沿），代碼如下：

SDA = 1;//把SDA先置高電平，待會(huì)好出現(xiàn)下降沿

delay();

SCL = 1;//SCL要晚于SDA設(shè)置，否則容易和其他命令混淆

delay();

SDA=0;//電平從1到0，出現(xiàn)一個(gè)下降沿

delay();

---------------------------------------------------------------------

Proteus電路圖如下，記得要在總線的兩條線上，接上拉電阻（10K即可）

結(jié)果如下：

這里還得說一下I2C DEBUGGER這個(gè)虛擬儀器，真的是挺好用的，把它接在總線上后，它會(huì)把每一個(gè)命令都顯示出來，并把操作屬于哪一種操作都標(biāo)識(shí)出來，以我往芯片存一個(gè)字符“H”為例：

它把每一步都標(biāo)的清清楚楚，特別說明一下的是，幾個(gè)字符是有特殊意義的，如：

S表是I2C總線-“開始”
A---應(yīng)答
p---停止
Sr--重啟動(dòng)

所以第一行S A0 A 01 A 48 A p表示的意思是：啟動(dòng)I2C總線，發(fā)送數(shù)據(jù)A0（其實(shí)是芯片的地址），芯片應(yīng)答，發(fā)送數(shù)據(jù)01（就是寫入的地址），芯片應(yīng)答，發(fā)送數(shù)據(jù)48（就是保存的數(shù)據(jù)），芯片應(yīng)答，結(jié)束?？纯矗欠窈颓懊嬲f的流程一致？

程序這里不貼了，下載里都有，里面有詳細(xì)的注釋。

PS：在調(diào)試時(shí)遇到的一個(gè)問題，可能大家也會(huì)碰到，記錄一下。

我本來是循環(huán)著往芯片里面寫數(shù)據(jù)，然后讀出來，顯示到液晶上，這時(shí)讀寫都正常，形式如下：

for(i=0;i<字符串長度;i++)

{

save(‘a’)

read(‘a’)

}

后來我為了試驗(yàn)多顯示幾個(gè)字符，換了種方式，換成一次把所有數(shù)據(jù)都保存進(jìn)去，再讀出來，變成下面的形式（偽代碼）：

save(‘a’)

save(‘b’)

save(‘c’)

read(1)

read(2)

read(3)

這時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)問題，第一個(gè)能正常保存，第2個(gè)就不能保存，第3個(gè)又能保存，讓我很是頭疼。

后來分析了一下，前后兩種代碼的區(qū)別，就在于，第一種形式，保存后，又進(jìn)行讀取，相當(dāng)于保存后進(jìn)行了一定的延時(shí)，而第二種形式一直在保存，保存后沒有延時(shí)，后來在第二種形式的save后，加上了延時(shí)，就一切正常了。

源代碼下載：點(diǎn)擊下載

IIC總線技術(shù)

　　IIC總線是微電子通信控制領(lǐng)域中被廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn),具有接口線少,控制方式簡單、器件封裝外形小、通信速率高等特點(diǎn)。它僅通過兩根線SDA和SCL即可實(shí)現(xiàn)完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送,能夠十分方便地構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)和外同器件擴(kuò)展系統(tǒng)。

　　IIC總線數(shù)據(jù)傳輸只有任總線處于空閑狀態(tài)時(shí)(SCL和SDA必須保證為高電平)才啟動(dòng)。IIC總線協(xié)議定義數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖2所示,起始條件為當(dāng)SCL為高電平時(shí),SDA由高電平向低電平跳變,數(shù)據(jù)開始傳輸;結(jié)束條件為當(dāng)SCL為低電平時(shí),SDA由低電平向高電平跳變,數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。傳輸過程中,當(dāng)SCL高時(shí),SDA必須始終保持穩(wěn)定狀態(tài),此時(shí)出現(xiàn)任何跳變都被認(rèn)為是起始或停止條件,只有當(dāng)SCL為低電平的時(shí)候才允許SDA上的數(shù)據(jù)改變。

　　IIC總線上的數(shù)據(jù)格式如圖3所示,由起始位(S)、從機(jī)地址碼、讀寫控制位(R／W)、應(yīng)答位(A)、數(shù)據(jù)和停止位(P)等組成。通信啟動(dòng)時(shí),主器件先發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)和從機(jī)地址,總線上每個(gè)器件都有自己的唯一地址,與地址與某一從器件相匹配時(shí),該從器件發(fā)一應(yīng)答位,主器件則認(rèn)為尋址成功,然后根據(jù)R／W位確定的數(shù)據(jù)傳送方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。若主器件長時(shí)間收不到應(yīng)答位,則認(rèn)為超時(shí),放棄本次數(shù)據(jù)傳輸。通信停止時(shí),主機(jī)發(fā)送一個(gè)停止信號(hào)。