STC12C5A60S2使用模拟IIC通信与AT24C02芯片编程

一、前言

使用STC12的模拟IIC与AT24C02编程并不是这一篇文章的重点，重点是能够熟练掌握IIC通讯协议。学过编程的人应该都有同样一种体验，当自己精通了一种编程语言的时候再去学习其他编程语言，就觉得非常的容易，虽然有一些差异，当基础内容相似。同样的，同样的我们掌握的AT24C02芯片的IIC读写功能，以后使用STM32、ESP8266控制其他设备的IIC也能得心用手。

二、IIC通讯详解

2-1、IC协议简介

IIC通讯协议（Inter - Integrated Circuit）是由Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件简单，可扩展性强，不需要搭载外部收发数据芯片，现被广泛使用在系统多个集成电路的开发中。

2-2、常用的IIC通讯设备

AT24C02
MPU6050陀螺仪
BH1750
PCF8575模块
…

2-3、IIC物理层特点

1、一条IIC总线可以挂载多个IIC设备。
2、IIC总线最多可以挂载多少个设备由它的地址决定的，8位地址，减去1位广播地址，是7位地址，2^7=128，但是地址0x00不用，那就是127个地址， 所以**理论上可以挂127个从器件** 。
3、IIC有两条数据总线，一条双向串行数据线（SDA），一条串行时钟线。数据线用于标示数据，时钟线用于收发同步。
4、每个连接总线的设备地址都有一个独立地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
5、总线通过上拉电阻接到电源，上拉电阻一般选择4.7K。当IIC设备空闲时，会输出高阻态，相当于总线断路。
6、多个设备同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。总线之间是一个线与的特性。
7、IIC具有三种传输模式，标准模式100Kbit/s，快速模式400Kbit/s，高速模式3.4Mbit/s，但目前大多IIC设备不支持高速模式。
8、连接到相同总线的IIC数量受到总线最大电容400PF限制。

2-4、IIC协议层特点

IIC的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、相应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

2-4-1、IIC基本读写过程

完整的IIC通讯过程是当主机发送起始信号启动总线，然后主机发送一个字节数据指明从机地址和后续字节传送方向，被寻址的从机发送应答信号回复主机。现在就开始IIC的数据传输了，向从机发送/接收一个字节的数据，当发送/接收完一个字节的数据后，主机/从机回复一个应答信号，持续通讯重复此步奏即可，当IIC通讯完成后，回复一个非应答信号，再发送停止信号结束总线。

2-4-2、通讯起始和停止信号

起始信号：当SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯起始。
停止信号：当SCL是高电平时SDA线由低电平向高电平切换，表示通讯停止。
.
起始和停止信号一般由主机产生。

2-4-3、数据有效性

IIC数据有效性规定了SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA转态才允许变化。

2-5、IIC通信过程

已IIC发送数据为例：

1. 主机发送起始信号启动总线
2. 主机发送一个字节数据指明从机地址后续字节传送的方向
3. 被寻址的从机发送应答信号回应主机
4. 发生器发送一个字节数据
   5、主机发送一个应答信号

（循环步骤4-5）

n.通信完成后发送停止信号释放总线

2-6、IIC总线寻址方式

1. IIC总线上发送数据是广义的，既包括地址，又包括真正的数据
2. 主机发送起始信号必须先发送一个字节数据，该数据的高7位为从机地址，最低位表示后续字节传送方向，‘0’表示主机发送数据，‘1’表示主机接收数据
3. 总线上所有的从机接收的该字节数据后都将这7位地址与自己地址进行比较，如果相同，则认为自己被主机寻址，然后根据第八位将自己定义为发生器还是接收器。

2-7、总结

通讯方式	串行同步全双工
通讯速率	标准模式100Kbit/s，快速模式400Kbit/s，高速模式3.4Mbit/s
总线最大挂载设备	127

三、AT24C02芯片介绍

AT24C02芯片手册-百度百科

清翔51单片机开发板电路原理图

由原理图，查看芯片手册可得知AT24C02芯片的硬件地址是0xa0

四、例程参考

# include 
# include 

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned  int
#define AT24C02_ADDR  0xa0	//AT24C02地址

#define MAIN_Fosc		11059200L	//宏定义主时钟HZ
//#define MAIN_Fosc		12000000L

/*I2C IO口定义*/
sbit SDA = P2^0;
sbit SCL = P2^1;

//基于STC12单片机1us延时函数
//函数说明：内部调用
static void Delaym1us()
{
	# if MAIN_Fosc == 11059200L
	//晶振11.0592MHz
	_nop_();
	
	#elif MAIN_Fosc == 12000000L
	//晶振12.000000MHZ
	_nop_();
	_nop_();
	
	#endif
}

//基于STC12单片机us延时函数
//函数说明：外部调用
void Delay_us(uint time)
{
	int i;
	for(i=0; i<time; i++)
	{
		Delaym1us();
	}
}

/*5us延时*/
void delay_5us()  
{
	Delay_us(5);
}

/*1Ms延时*/
void delay(uint z)
{
	uint x,y;
	for(x = z; x > 0; x--)
		for(y = 114; y > 0 ; y--);
}

/*I2C初始化*/
void I2C_init()	
{
	SDA = 1;
	_nop_();
	SCL = 1;
	_nop_();
}

/*I2C起始信号*/
void I2C_Start()  
{
	SCL = 1;
	_nop_();
	SDA = 1;
	delay_5us();
	SDA = 0;
	delay_5us();
}

/*I2C终止信号*/
void I2C_Stop()
{
	SDA = 0;
	_nop_();
	SCL = 1;
	delay_5us();
	SDA = 1;
	delay_5us();
}

/*主机发送应答*/
void Master_ACK(bit i)		
{
	SCL = 0; // 拉低时钟总线允许SDA数据总线上的数据变化
	_nop_(); // 让总线稳定
	if (i)	 //如果i = 1 那么拉低数据总线 表示主机应答
	{
		SDA = 0;
	}
	else	 
	{
		SDA = 1;	 //发送非应答
	}
	_nop_();//让总线稳定
	SCL = 1;//拉高时钟总线 让从机从SDA线上读走 主机的应答信号
	delay_5us();
	SCL = 0;//拉低时钟总线， 占用总线继续通信
	_nop_();
	SDA = 1;//释放SDA数据总线。
	_nop_();
}

/*检测从机应答*/
bit Test_ACK()
{
	SCL = 1;
	delay_5us();
	if (SDA)
	{
		SCL = 0;
		_nop_();
		I2C_Stop();
		return(0);
	}
	else
	{
		SCL = 0;
		_nop_();
		return(1);
	}
}

/*发送一个字节*/
void I2C_send_byte(uchar byte)
{
	uchar i;
	for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
	{
		SCL = 0;
		_nop_();
		if (byte & 0x80)
		{				
			SDA = 1;	
			_nop_();				   
		}				
		else
		{
			SDA = 0;
			_nop_();
		}
		SCL = 1;
		_nop_();
		byte <<= 1;	// 0101 0100B 
	}
	SCL = 0;
	_nop_();
	SDA = 1;
	_nop_();
}


/*I2C 读一字节*/
uchar I2C_read_byte()
{
	uchar dat,i;
	SCL = 0;
	_nop_();
	SDA = 1;
	_nop_();
	for(i = 0 ; i < 8 ; i++)
	{
		SCL = 1;
		_nop_();
		if (SDA)			    
		{
			 dat |= 0x01; //
		}
		else
		{
			dat &=  0xfe;	//1111 1110
		}
		_nop_();
		SCL = 0 ;
		_nop_();
		if(i < 7)
		{
			dat = dat << 1;	
		}
	}
	return(dat);
}

/*I2C发送数据*/
bit I2C_TransmitData(uchar ADDR, DAT)
{
	I2C_Start();
	I2C_send_byte(AT24C02_ADDR+0);
	if (!Test_ACK())
	{
		return(0);
	}
	I2C_send_byte(ADDR); 
	if (!Test_ACK())
	{
		return(0);
	}
	I2C_send_byte(DAT);
	if (!Test_ACK())
	{
		return(0);
	}
	I2C_Stop();
	return(1);	
}

/*I2C接收数据*/
uchar I2C_ReceiveData(uchar ADDR)
{
	uchar DAT;
	I2C_Start();
	I2C_send_byte(AT24C02_ADDR+0);
	if (!Test_ACK())
	{
		return(0);
	}
	I2C_send_byte(ADDR);
	Master_ACK(0);
	I2C_Start();
	I2C_send_byte(AT24C02_ADDR+1);
	if (!Test_ACK())
	{
		return(0);
	}
	DAT = I2C_read_byte();
	Master_ACK(0);
	I2C_Stop();
	return(DAT);	
}

void main()
{
	I2C_init();//I2C初始化
	if(!I2C_TransmitData(255,0xf0));	//往AT24C02第255个单元中写入数据0XF0
	{
		P1 = 0;
	}
	delay(500);
	/**/
	P1 = I2C_ReceiveData(255);//从AT24C02第255个单元中读取数据
	while(1);	 
}

文章理论参考资料《STM32库开发实战指南》