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I2C总线 原理 应用实例 程序

已有 3582 次阅读2007-1-16 11:26 |系统分类:单片机| 单片机, 嵌入式, I2C, 原理, 实例, 程序

     I2C总线原理及应用实例 （关键字：单片机 嵌入式 I2C 原理 实例 程序）

关键字：单片机 嵌入式 I2C 原理 实例 程序

公告：此资料部分来自网上，如有拷贝之嫌，敬请原谅

I2C(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。最初用在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握组件的功能状态，

  1  I2C总线特点
  I2C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I2C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总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。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，在信息的传输过程中，I2C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。
  I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
  开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，表示开始传送数据。
  结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，表示结束传送数据。
  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。
  目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有：CYGNAL的 C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列，MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口。
  3  总线基本操作
  I2C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。主器件和从器件都可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）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1。


                图1 串行总线上的数据传送顺序

  3.1 控制字节
  在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。如图2所示。



 

      图2 控制字节配置

 3.2 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3。


 

                     图3 页面写

3.3 读操作
  读操作有三种基本操作：当前地址读、随机读和顺序读。图4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。


     

                     图4 顺序读

4  实例：X24C04与MCS-51单片机软硬件的实现
  X24C04是XICOR公司的CMOS 4096位串行EEPROM，内部组织成512×8位。16字节页面写。与MCS-51单片机接口如图5所示。由于SDA是漏极开路输出，且可以与任何数目的漏极开路或集电极 开路输出“线或”（wire-Ored）连接。上拉电阻的选择可参考X24C04的数据手册。下面是通过I2C接口对X24C04进行单字节写操作的例程。流程图及源程序如下：


   

    图5 X24C04与51单片机接口

I2C总线与2404芯片实验主要时序程序

/*本程序以P3.7位sda，以P3.6为scl，所用芯片为AT2404*/
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit sda=P3^7;
sbit scl=P3^6;
sbit wp=P3^5;
void Delay(uint j)   //延时程序
{
 uint i; 
 for(i=0;i<j;i++)
 ;
}
void Start()       //启动程序
{
 scl=1;
 sda=1;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 sda=0;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 scl=0;
}
void Stop()   //停止程序
{
 scl=1;
 sda=0;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 sda=1;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 scl=0;
}
void Ack()    //应答信号程序
{
 scl=1;
 sda=0;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 scl=1;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 scl=0;
}
void Nack()    //非应答信号程序
{
 scl=1;
 sda=1;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 scl=1;
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 _nop_();
 scl=0;
}
void Send(uchar Data)  //发送字节程序
{
 uint Bitcount;
 uchar temp;
 for(Bitcount=0;Bitcount<8;Bitcount++)
 {
  temp=Data;
  scl=0;
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  if((temp&0x80)==0x80)
  sda=1;
  else
  sda=0;
  scl=1;
  temp=Data<<1;
  Data=temp;
 
 }
 scl=0;
}
uchar Read(void)          //读取字节程序
{
 uint Bitcount=8,temp=0;
 sda=1;
do {
  scl=0;
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  scl=1;
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  if(sda)
  temp=temp|0x01;
  else
  temp=temp&0xfe;
  if(Bitcount-1)
  temp=temp<<1;
  Bitcount--;
 }while(Bitcount);

 return temp;
}
void WriteToRom(uchar Data[],uchar Add,uchar Num)  //把Data[]Num个数发送到以Add为起始地址中
{
 uchar i;
 uchar *PData;
 PData=Data;
 for(i=0;i<Num;i++)
 {
  Start();
  Send(0xa0);
  Ack();
  Send(Add+i);
  Ack();
  Send(*(PData+i));
  Ack();
//  Stop();
  Delay(2000);
 }
}
void ReadFromRom(uchar Data[],uchar Add,uchar Num)  //读以Add为起始地址的Num个数读取到数组Data[]中
{
 uchar i;
 for(i=0;i<Num;i++)
 {
  Start();
  Send(0xa0);
  Ack();
  Send(Add+i);
  Ack();
  Start();
  Send(0xa1);
  Ack();
  *(Data+i)=Read();
  scl=0;
  Nack();
  Stop();
 }
}
void main()
{
 uint i;
 uchar Num[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};

 wp=1;
 WriteToRom(Num,0,8);
 Num[0]=0;
 Num[1]=0;
 Num[2]=0;
 Num[3]=0;
 Num[4]=0;
 Num[5]=0;
 Num[5]=0;
 Num[6]=0;
 Num[7]=0;
 ReadFromRom(Num,0,8);
 while(1)
 {
  for(i=0;i<8;i++)
  {
   P2=Num;
   Delay(20000);
  }
 }
}

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发表评论 评论 (3 个评论)

laosil@163.com 2007-8-30 16:57
文中图片显示不了，很是遗憾，特告知斑竹。
访客Imd5GS 2008-4-16 11:12
这个程序不错啊
回复 游客 2008-7-14 09:47
程序通过调试了吗，好像有问题？向rom写数据是，应答信号应该是rom发出，主机检测的，而你写的程序中，每发送玩一个字节的数据后，又发送了一个应答信号，这个是没有意义的！？