【C51入门笔记】IIC总线+E2PROM芯片（24C02）

常用总线技术：

v采用串行总线技术可以使系统的硬件设计大大简化、系统的体积减小、可靠性提高。同时，系统的更改和扩充极为容易。

v常用的串行扩展总线有： I2C （Inter IC BUS）总线、单总线（1－WIRE BUS）、SPI（Serial Peripheral Interface）总线及Microwire/PLUS等。

IIC总线概述：

     I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线,总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线

总线裁决：挂载的设备都有自己的地址，通过地址分辨设备的功能叫做总线裁决。

​​​​​​

  I2C总线通过上拉电阻（一般是10K）接正电源。当总线空闲时，两

根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电

平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL

都是线“与”的关系。

 

接收器与发送器：

v每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。​​​​​

多主机处理：

v 在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱， I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。​​​​​

在C51中：

v在80C51单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是以80C51单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况。

数据传输：

数据位的有效性：

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

 

起始和终止信号

•     SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；

 

• SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。

v 起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。

v 连接到I2C总线上的器件，若具有I2C总线的硬件接口，则很容易检测到起始和终止信号。​​​​​​

v 接收器件收到一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件可以将SCL线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放SCL线使之为高电平，从而使数据传送可以继续进行。 （手动拉低，为了让主机等待）

数据传送格式：

（1）字节传送与应答

     每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。

应答问题：

从机不对主机寻址信号应答时，它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。​​​​​​

从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。​​​​​​

当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。（这个信号：不应答丛机）

 

数据帧格式：

IIC数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

• 在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T）。用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R）。
• ​​​​​​每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。（不终止，直接在此开始寻址）

 

总线寻址：

I2C总线协议有明确的规定：采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）。

D7～D1位组成从机的地址。D0位是数据传送方向位，为“0”时表示主机向从机写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。

主机发送地址时，总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行比较，如果相同，则认为自己正被主机寻址，根据R/T位将自己确定为发送器或接收器。

从机的地址：

 

由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。

利用80C51模拟IIC：（软件与硬件结合的信号模拟）

典型信号模拟：为了保证数据传送的可靠性，标准的I2C总线的数据传送有严格的时序要求。I2C总线的起始信号、终止信号、发送“0”及发送“1”的模拟时序 ；（单片机要模拟IIC的时序）

如何模拟：

I2C总线器件的扩展：

器件：

 

 AT24C系列E2PROM芯片   写入过程：

   AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分为1010，A2、A1、A0引脚接高、低电平后得到确定的3位编码。形成的7位编码即为该器件的地址码。​​​

单片机进行写操作时：

• 首先发送该器件的7位地址码和写方向位“0”（共8位，即一个字节）
• ​​​​​​发送完后释放SDA线并在SCL线上产生第9个时钟信号。
• ​​​​​​被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在SDA线上产生一个应答信号作为相应，
• ​​​​​​单片机收到应答后就可以传送数据了。
• 传数据

        单片机首先发送一个字节的被写入器件的存储区的首地址

        收到存储器器件的应答后，单片机就逐个发送各数据字节，但每发送一个字节后都要等待应答。

        注意：AT24C系列器件片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加1，在芯片的“一次装载字节数”（不同芯片字节数不同）限度内，只需输入首地址。装载字节数超过芯片的“一次装载字节数”时，数据地址将“上卷”，前面的数据将被覆盖。（数据会自动填入内存，填满之后会从头覆盖）

 单片机进行读操作时：

 

 

24C02芯片：

E0E1E2：地址的可编程位

WP：写保护（接1写保护）

SCL SDA：IIC

code：

//开机次数记忆
#include
#include 

#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int 

unsigned char code smg_du[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};


//初始化SDASCL
sbit sda=P2^1;
sbit scl=P2^0;

void init(void);//初始化

void start(void);//起始信号
void stop(void);//终止信号

void ack(void);//应答信号
void noack(void);//非应答信号

void iicwr_byte(uchar dat);//写一个字节
uchar iicre_byte(void);//读一个字节


void delay (void);//短延时函数
void delay1(void);//长延时函数

//功能封装
void write_byte(uchar add,uchar dat);
uchar read_byte(uchar add);

void init(void)
{
	sda=1;
	scl=1;
}
void delay1(void)
{
	uint a=30000;
	while(a--);
}
void delay(void)
{
	//cpu空运算
	_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
	_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
}
void start(void)
{
	//SDA SCL 都为高电平的情况下 SDA 下降沿
	//init
	sda=1;
	delay();
	scl=1;
	delay();
	//下降沿
	sda=0;
	delay();
}
void stop(void)
{
	//SCL高电平 SDA低电平 SDA 上升沿
	//init
	sda=0;
	delay();
	scl=1;
	delay();
	//上升沿
	sda=1;
	delay();	
}
void ack(void)
{	
	uchar i;
	//丛机发出的，所以单片机要接收这个信号
	// 模拟时序图
	
	//SCL 保持1一段时间
	scl=1;
	delay();
	//等待中：当SDA得到反映或者超时，认为应答了
	
	while((sda==1)&&(i<200))i++;
	scl=0;
	delay();
}
void noack(void)
{
	//模拟时序图
	sda=1;
	delay();
	scl=1;
	delay();
	scl=0;
	delay();
}
void iicwr_byte(uchar dat)
{
	uchar i;
	// SCL低电平才能变化数据，先准备数据 再拉高SCL
	scl=0;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(dat&0x80)// dat&1000 0000 结果是1 写操作 结果是0 读操作
		{
			sda=1;	
		}
		else 
		{
			sda=0;
		}
		dat=dat<<1;
		delay();//数据准备完成
		scl=1;//高位才能稳定数据，正在读写
		delay();
		scl=0;//读完
		delay();				
	}
	sda=1;//释放数据线，才能收应答信号
	delay();
}

uchar iicre_byte(void)
{
	uchar i;
	uchar dat;
	scl=0;//操作数据
	delay();
	sda=1;//释放数据线
	delay();
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		scl=1;///可操作数据
		delay();
		dat=dat<<1;//这个操作可以产生 8位
		if(sda)
		{
			dat++;//
		}
		scl=0;//不可操作数据
		delay();
	}
	return dat;		
}

//功能解释：
/*
	init(); 
	start();
	iicwr_byte(0xa0);//写机器地址
	ack();
	iicwr_byte(10);//写内存地址
	ack();
	iicwr_byte(0x55);//写data
	stop();
	delay1();//等它写完data
	
	init(); 
	start();
	iicwr_byte(0xa0);//写机器地址
	ack();
	iicwr_byte(10);//写内存地址
	ack();
	
	start();
	iicwr_byte(0xa1);//写机器地址
	ack();
	P0 = iicre_byte();//发送到led
	noack();
	stop();

*/

void write_byte(uchar add,uchar dat)
{
	init();
	start();
	iicwr_byte(0xa0);
	ack();
	iicwr_byte(add);
	ack();
	iicwr_byte(dat);
	ack();
	stop();	
}

uchar read_byte(uchar add)
{
	uchar a;
	init();
	start();
	iicwr_byte(0xa0);
	ack();
	iicwr_byte(add);
	ack();
	start();
	iicwr_byte(0xa1);
	ack();
	a=iicre_byte();
	noack();
	stop();
	return a;	
}


int main()
{
	uchar k;
	
	k=read_byte(7);//地址7上读取数据
	
	k=k%10;//数码管显示个位即可
	P1=smg_du[k];
	
	k++;
	write_byte(7,k);
	
	while(1);
	
	return 0;
}