I2C串行總線的應用基本知識和存儲器

1、1,5.2 I2C串行總線的應用基本知識+存儲器,2,一、I2C串行總線的組成及工作原理,采用串行總線技術可以使系統(tǒng)的硬件設計大大簡化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時，系統(tǒng)的更改和擴充極為容易。 常用的串行總線有： I2C （Inter IC BUS）總線、單總線（1WIRE BUS）、SPI（Serial Peripheral Interface）總線及Microwire/PLUS等。,3,I2C串行總線概述,I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(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。速率可達100Kb/s或400Kb/s。 I2C總線只有兩根雙

2、向信號線。一根是數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。,4,I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。,5,每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機與其它器件間可進行雙向數據傳送。,在多主機系統(tǒng)中，可能同時有幾個主機企圖啟動總線傳送數據。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺主機控制總線。 在80C51單片機應用系統(tǒng)的串行總線擴展中，我們經常遇到的是以80C51單片機為主機，其它接口器件為從機的單主機情況。,6,1 數據位的有效性規(guī)定 I2C總線進行數據傳

3、送時，時鐘信號為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。,二、I2C總線的數據傳送,7,2 起始和終止信號,SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號；SCL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。,8,起始和終止信號都是由主機發(fā)出的，在起始信號產生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產生后，總線就處于空閑狀態(tài)。,連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線硬件接口，則能檢測到起始和終止信號。對于不具備I2C總線硬件接口的設備（包括單片機），為了檢測起始和終止信號，必須保證在每個

4、時鐘周期內對數據線SDA采樣兩次。,傳送中斷：接收器件收到一個完整的數據字節(jié)后，可能需要完成其它工作，如處理內部中斷服務等，無法立刻接收下一個字節(jié)，這時接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機處于等待狀態(tài)。直到接收器件準備好接收下一個字節(jié)時，再釋放SCL線使之為高電平，主機便可繼續(xù)傳送數據。,9,3 數據傳送格式 （1）字節(jié)傳送與應答,每一個字節(jié)必須保證是8位長度。數據傳送時，先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應答位（即一幀共有9位）。,10,無應答：由于某種原因從機不對主機尋址信號應答時（如從機正在進行實時性的處理工作而無法接收數據），它必須將數據線置于高電平，

5、而由主機產生一個終止信號以結束總線的數據傳送。,如果從機對主機進行了應答，但在傳送一段時間后無法繼續(xù)接收更多的數據時，從機可以通過對無法接收的第一個數據字節(jié)的“非應答”通知主機，主機則應發(fā)出終止信號以結束數據的繼續(xù)傳送。,當主機接收數據時，它收到最后一個數據字節(jié)后，必須向從機發(fā)出一個結束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答”來實現的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產生終止信號。,11,（2）數據幀格式 I2C總線上傳送的數據信號是廣義的，既包括地址信號，又包括真正的數據信號。,在起始信號后必須傳送一個從機的地址（7位），第8位是數據的傳送方向位（R/T），用“0”表示主機發(fā)送數據（T）

6、，“1”表示主機接收數據（R）。每次數據傳送總是由主機產生的終止信號結束。連續(xù)傳送：若主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數據傳送，則可以不產生終止信號，馬上再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址。,12,a、主機向從機發(fā)送數據，數據傳送方向在整個傳送過程中不變：,注：陰影部分表示數據由主機向從機傳送，無陰影部分則表示數據由從機向主機傳送。 A表示應答， A表示非應答（高電平）。S表示起始信號，P表示終止信號。,數據傳送組合方式：,13,b、主機發(fā)送第一個字節(jié)后，由從機發(fā)數據,c、在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被重復產生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相，即連續(xù)傳送。,14,三、總

7、線的尋址,I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號后的第一個字節(jié)）。 1 尋址字節(jié)的位定義,D7D1位組成從機的地址。D0位是數據傳送方向位，為“0”時表示主機向從機寫數據，為“1”時表示主機由從機讀數據。,15,主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址進行比較，如果相同，則認為自己正被主機尋址，根據R/T位將自己確定為發(fā)送器或接收器。 從機的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個系統(tǒng)中可能希望接入多個相同的從機，從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數目。如一個從機的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時僅能尋址8個同樣的器件

8、，即可以有8個同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。,16,2 尋址字節(jié)中的特殊地址 固定地址編號0000和1111已被保留作為特殊用途。,17,3 起始字節(jié),不具備I2C總線接口的單片機，則必須通過軟件不斷地檢測總線，以便及時地響應總線的請求。單片機的速度與硬件接口器件的速度就出現了較大的差別，為此，I2C總線上的數據傳送要由一個較長的起始過程加以引導。,起始字節(jié)是提供給沒有I2C總線接口的單片機查詢I2C總線時使用的特殊字節(jié)。,18,四、51單片機模擬實現I2C串行接口,為了保證數據傳送的可靠性，標準的I2C總線的數據傳送有嚴格的時序要求。見圖：,1 模擬IIC總線數據傳送,不帶I2C總線接

9、口的單片機，如AT89C51、2051等，可利用軟件實現I2C總線的數據傳送，即軟件與硬件結合的信號模擬。,19,教材未標明SDA和SCL,20,2 典型信號模擬子程序,C51函數 Void I2CStart(void) SDA = 1; SCL = 1; SDA = 0; SCL = 0; ,（1）起始信號 start: setb SDA nop setb SCL nop clr SDA nop clr SCL nop ret,21,C51函數 void I2cStop(void) SCL = 0; SDA = 0; SCL = 1; SDA = 1; ,（2）終止信號 stop: clr

10、SCL nop clr SDA nop setb SCL nop setb SDA nop ret,22,3 用I2C總線擴展器件,擴展電路（單片機管腳靈活）,23,4 串行E2PROM的擴展,（1）串行E2PROM典型產品,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）； 固定地址部分為1010,ATMEL公司的AT24C系列：,24,（2）寫入過程 AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電

11、平后得到確定的3位編碼。形成的7位編碼即為該器件的地址碼。大于256字節(jié)的存儲器，管腳A2-A0不使用。,單片機進行寫操作時，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（共8位，即一個字節(jié)），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產生第9個時鐘信號。被選中的存儲器器件在確認是自己的地址后，在SDA線上產生一個應答信號作為響應，單片機收到應答后就可以傳送數據了。,25,傳送數據時，單片機首先發(fā)送一個字節(jié)的被寫入器件的存儲區(qū)的首地址，收到存儲器器件的應答后，單片機就逐個發(fā)送各數據字節(jié)，但每發(fā)送一個字節(jié)后都要等待應答。,AT24C系列器件片內地址在接收到每一個數據字節(jié)地址后自動加1，在芯片的“一次裝載字

12、節(jié)數”（不同芯片字節(jié)數不同）限度內，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數超過芯片的“一次裝載字節(jié)數”時，數據地址將“上卷”，前面的數據將被覆蓋。,當要寫入的數據傳送完后，單片機應發(fā)出終止信號以結束寫入操作。寫入n個字節(jié)的數據格式 ：,終止信號到重新起始的時間為10ms。,26,（3）讀出過程 單片機先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（“偽寫”），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產生第9個時鐘信號。被選中的存儲器器件在確認是自己的地址后，在SDA線上產生一個應答信號作為相應。,然后，再發(fā)一個字節(jié)的要讀出器件的存儲區(qū)的首地址，收到應答后，單片機要重復起始信號并發(fā)出器件地址和讀方向位（“1”），收到器

13、件應答后就可以讀出數據字節(jié)，每讀出一個字節(jié)，單片機都要回復應答信號。當最后一個字節(jié)數據讀完后，單片機應返回以“非應答”（高電平），并發(fā)出終止信號以結束讀出操作。,27,單片機訪問I2C存儲器示例,例，存儲器為24C02，A2-A0地址信號接地，89C51單片機的P1.1和P1.0分別連接存儲器的SCL和SDA信號，如圖。編寫程序完成單個字節(jié)寫入和讀取功能。 入口參數：R3器件地址，R4片內地址，R1保存在單片機內的數據地址指針。,28,寫入源程序（P1.0 data，P1.1 clk）,W24: CLR P1.0 ;發(fā)開始信號 MOV A，R3 ;送器件地址 LCALL SBYTE MOV A

14、，R4 ;送片內地址 LCALL SBYTE MOV A，R1 LCALL SBYTE ;發(fā)單個字節(jié) CLR P1.0 ;準備停止 NOP ;降低傳輸速率 SETB P1.1 NOP SETB P1.0 ; 發(fā)停止信號 RET,SBYTE: ; 發(fā)送單字節(jié)（8個bit）子程序 MOV R0, #08H LP: CLR P1.1 RLC A ;移待發(fā)數據位到C MOV P1.0，C ;送一bit到數據總線 NOP SETB P1.1 NOP DJNZ R0，LP ;循環(huán)8次 CLR P1.1 SETB P1.0 ;允許對方應答 NOP SETB P1.1 WT: MOV C，P1.0 JC WT

15、 ;等待答到 CLR P1.1 ;對方撤銷應答 RET,29,C51寫入源程序,#include #include #define uchar unsigned char sbit SDA = P10; sbit SCL = P11; void Sbyte (uchar c) uchar bcount; for (bcount=0;bcount8;bcount+) SCL = 0; if (cbcount) ,30,讀單字節(jié)取源程序（P1.0 data，P1.1 clk）,R24EP: MOV P1, #0FFH CLR P1.0 ; 發(fā)開始信號 MOV A,R3 ; 送器件地址 LCALL

16、SBYTE ; 調發(fā)送單字節(jié)子程序 MOV A,R4 ; 送片內字節(jié)地址 LCALL SBYTE MOV P1,#0FFH CLR P1.0 ; 再發(fā)開始信號 MOV A,R3 SETB ACC.0 ; 發(fā)讀命令 LCALL SBYTE LCALL RBYTE MOV R1,A CLR P1.0 NOP SETB P1.1 NOP SETB P1.0 ; 送停止信號 RET,31,讀取源程序（P1.0 data，P1.1 clk）,RBYTE:MOV R0,#08H ; 接收單字節(jié)子程序 LOOP1: SETB P1.1 NOP MOV C,P1.0 ; 把數據送到C RLC A ;將數據位移

17、入累加器A CLR P1.1 NOP DJNZ R0,LOOP1 ;讀完8個bit SETB P1.0 ;置ACK=1，不應答 NOP SETB P1.1 NOP CLR P1.1 RET,32,C51讀取源程序,uchar Rbyte( ) uchar data1, bcount; SDA = 1; data1 = 0; for (bcount=0;bcount8;bcount+) SCL = 0; Delay(); SCL = 1; Delay(); data1 = data1 1; if(SDA=1)data1 +=1; Delay(); SCL =0; return(data1); void W24EP(uchar addr1, uchar *addr2) P1 = 0 xff; SDA = 0; Sbyte(0 xa0); Sbyte(addr1); P1 = 0 xff; SDA = 0; Sbyte(0 xa1); *addr2 = Rbyte(); SDA =1; Delay(); SCL =1; Delay(); SCL =0; SDA = 0; Delay(); SCL = 1; Delay(); SDA =1; ,33,課程小節(jié) 單片機基本知識+應用+微機,34,基本知識： 組成與管腳，最小系統(tǒng)，存儲器，I/O端