I2C总线 24C02芯片的读写应用
摘自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_62efabea0100r4qq.html
什么是I2C总线？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。也可以简单地理解为I2C是微控制器与外围芯片的一种通讯协议。在不同的书籍中，可能会称为I2C，IIC，或者I平方C，但是概念也是一样的，只是叫法不同。
一﹑I2C总线特点
I2C总线的优点非常多，其中最主要体现在 1：硬件结构上具有相同的接口界面；2：电路接口的简单性；3：软件操作的一致性。I2C总线占用芯片的引脚非常的少，只需要两组信号作为通信的协议，一条为数据线（SDA），另一条为时钟线（SCL）。因此减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，所以降低了互联成本。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总线还具备了另一个优点，就是任何能够进行发送和接收数据的设备都可以成为主控机。当然，在任何时间点上只能允许有一个主控机。
图5-20（总线连接图）
二﹑I2C总线工作原理
图5-20为I2C总线的连接图。I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在单片机与被控IC之间，最高传送速率100kbps。各种I2C器件均并联在这条总线上，就像电话线网络一样不会互相冲突，要互相通信就必须拨通其电话号码，每一个I2C模块都有唯一地址。并接在I2C总线上的模块，既可以是主控器（或被控器），也可以是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。I2C总线在传送数据过程中共有四种类型信号，它们分别是：起始信号、停止信号﹑应答信号与非应答信号。
三﹑I2C总线数据的传送规则
起始信号：在I2C总线工作过程中，当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，定义为起始信号，起始信号由主控机产生。如图5-21所示
图5-21（开始信号）
停止信号：当SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，定义为停止信号，此信号也只能由主控机产生。如图5-22所示。
图5-22（停止信号）
应答信号：I2C总线传送的每个字节为8位，受控的器件在接收到8位数据后，在第9个脉冲必须输出低电平作为应答信号，同时，要求主控器在第9个时钟脉冲位上释放SDA线，以便受控器发出应答信号，将SDA拉低，表示接收数据的应答（如图5-23所示）。若果在第9个脉冲收到受控器的非应答信号（如图5-24所示），则表示停止数据的发送或接收。
图5-23（应答信号） 5-24（非应答信号）
其次，每启动一次总线，传输的字节数没有限制。主控件和受控器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件控制，也就是说必须由主控器产生时钟信号﹑起始信号﹑停止信号。在时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保特稳定，数据线上的数据状态仅在时钟为低电平的期间才能改变（如图5-25），而当时钟线为高电平的期间，数据线状态的改变被用来表示起始和停止条件（如图5-21与5-22所示）。
图5-25（数据的有效性）
图5-26为总线的完整时序，在这里有一点要加以说明的，当主控器接收数据时，在最后一个数据字节，必须发送一个非应答信号，使受控器释放数据线，以便主控器产生一个停止信号来终止总线的数据传送。
图5-26（总线的完整时序）
下面我们来看一下关于I2C总线的读操作与写操作：
图5-27（总线写格式）
写操作就是主控器件向受控器件发送数据，如图5-27所示。首先，主控器会对总线发送起始信号，紧跟应该是第一个字节的8位数据，但是从地址只有7位，所谓从地址就是受控器的地址，而第8位是受控器约定的数据方向位，“0”为写，从图5-26中我们可以清楚地看到发送完一个8位数之后应该是一个受控器的应答信号。应答信号过后就是第二个字节的8位数据，这个数多般是受控器件的寄存器地址，寄存器地址过后就是要发送的数据，当数据发送完后就是一个应答信号，每启动一次总线，传输的字节数没有限制，一个字节地址或数据过后的第9个脉冲是受控器件应答信号，当数据传送完之后由主控器发出停止信号来停止总线。
图5-28（总线读格式）
读操作指受控器件向主控器件发送数，其总线的操作格式如图5-28。首先，由主控器发出起始信号，前两个传送的字节与写操作相同，但是到了第二个字节之后，就要从新启动总线，改变传送数据的方向，前面两个字节数据方向为写，即“0”；第二次启动总线后数据方向为读，即“1”；之后就是要接收的数据。从图5-28的写格式中我们可以看到有两种的应答信号。一种是受控器的，另一种是主控器的。前面三个字节的数据方向均指向受控器件，所以应答信号就由受控器发后出。但是后面要接收的N个数据则是指向主控器件，所以应答信号应由主控器件发出，当N个数据接收完成之后，主控器件应发出一个非应答信号，告知受控器件数据接收完成，不用再发送。最后的停止信号同样也是由主控器发出。
四﹑支持I2C总线的器件
在当今市面上有部分的单片机是内置硬件I2C总线的，用户只需要设置好内部相关的寄存器就可以灵活地运用它。但是如果不内置硬件I2C，我们在使用过程中可以用普通的I/O端口进行模拟。如实验板的AT89S52芯片，如果要用到I2C协议就得要用到软件模拟。
而在非单片机类的芯片当中，如时钟芯片PCF8563，存储器24Cxx系列等都是使用I2C协议进行数据的操作，而我们实验板用的则是24C02。下面我们先来介绍一下24C02的引脚功能和内部结构，然后再介绍如何利用单片机模拟I2C协议与24C02进行数据的传送。
五﹑I2C器件24C02
24C02是一个2K串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，该器件通过I2C总线接功能列表。
图5-29（24Cxx引脚排列）
| 管脚名称 |
功能 |
| A0﹑ A1 ﹑A2 |
这三个引脚用于多个器件同时使用时设置区分器件地址，当这些引脚悬空时默认为0。在同一总线中最多可同时使用8个24C02器件。如果总线只 有一个24C02器件被寻址，这三个地址可悬或接地。 |
| SDA |
双向串行数据/地址管脚，用于器件所有数据的发送或接收，SDA是一个 开漏输出管脚。 |
| SCL |
串行时钟。串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟， 这是一个输入管脚 |
| 写保护引脚。当WP引脚连接到VCC时芯片里面的内容为只读内容而不能进行写操作。而当WP引脚连接到VSS时芯片里面的内容可进行正常 |
|
| WP |
的读/写操作。 |
| VCC |
+1.8V~6.0V工作电压 |
| VSS |
地 |
图5-30（24Cxx引脚功能）
六﹑24C02的从地址
图5-31（24C02从器件地址）
图5-32（实验电路）
从图5-31中我们可以看到从地址的高4位是固定的，而低4位是可根据A0﹑ A1 ﹑A2引脚的接法与数据的方向位来确定的，其中R/W为“0”时表示写，为“1”时表示读。而图5-32为实验板电路，A0﹑ A1 ﹑A2均接地，即为0﹑0﹑0。所以在实验板中24C02器件的写从地址为1010 0000（转为十六进制数为0xa0），读从地址为1010 0001（转为十六进制数为0xa1）。
下面是测试过可以读取和写入的程序，只供参考、个人保留：
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit SCL=P3^3;
sbit SDA=P3^4;
bit ask;
void Delay_Us(uchar us)
{
while(us--)
{
}
}
void Delay_Ms(uchar ms)
{
uchar i;
while(ms--)
{
for(i=0;i<110;i++);
}
}
void I2C_Start()
{
SDA=1;
Delay_Us(1);
SCL=1;
Delay_Us(1);
SDA=0;
Delay_Us(1);
SCL=0;
Delay_Us(1);
}
void I2C_Stop()
{
SDA=0;
Delay_Us(1);
SCL=1;
Delay_Us(1);
SDA=1;
Delay_Us(1);
}
void Ack()
{
SDA=1;
Delay_Us(1);
SCL=1;
Delay_Us(1);
if(SDA==1)
ask=1;
else
ask=0;
SCL=0;
Delay_Us(1);
SDA=1;
Delay_Us(1);
}
void NoAck()
{
SCL=0;
SDA=1;
Delay_Us(1);
SCL=1;
Delay_Us(1);
while(SDA==1);
Delay_Us(1);
SCL=0;
Delay_Us(1);
}
void I2C_Write_Byte(uchar c)
{
uchar i,temp;
temp=c;
for(i=0;i<8;i++)
{
temp=temp<<1;
SDA=CY;
Delay_Us(1);
SCL=1;
Delay_Us(1);
SCL=0;
Delay_Us(1);
}
}
uchar I2C_Read_Byte()
{
uchar i,temp;
SDA=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
SCL=1;
Delay_Us(1);
temp=temp<<1;
if(SDA==1)
temp=temp|0x01;
SCL=0;
}
return temp;
}
void I2C_Ack()
{
uchar i=0;
SCL=1;
Delay_Us(1);
while((SDA==1)&&(i<200) )i++;
SCL=0;
Delay_Us(1);
}
void I2C_Write_Dat(uchar add,uchar subadd,uchar c)
{
I2C_Start();
I2C_Write_Byte(add);
I2C_Ack();
I2C_Write_Byte(subadd);
I2C_Ack();
I2C_Write_Byte(c);
I2C_Ack();
I2C_Stop();
}
uchar I2C_Read_Dat(uchar add,uchar subadd)
{
uchar c;
I2C_Start();
I2C_Write_Byte(add);
Ack();
I2C_Write_Byte(subadd);
Ack();
I2C_Start();
I2C_Write_Byte(add+1);
Ack();
c=I2C_Read_Byte();
return c;
}
void main()
{
uchar temp,i,c=0x55;
while(1)
{
temp=I2C_Read_Dat(0xa0,i);
P2=temp;
i++;
Delay_Ms(200);
Delay_Ms(200);
Delay_Ms(200);
}
// while(1)
// {
// I2C_Write_Dat(0xa0,i,c);
// c=~c;
// P2=c;
// i++;
// Delay_Ms(200);
// Delay_Ms(200);
// Delay_Ms(200);
// }
}