i2c的介绍

I2C总线在8051单片机系统中的应用2007-01-13 来源：西部工控网浏览：137摘要：介绍了I2C总线技术及其技术标准。

结合ATMEL公司具有I2C总线AT24C256，给出了8051单片机虚拟I2C总线硬件设计及C语言软件实现。

关键词：I2C；单片机；AT24C256The Application Of I2C Bus In the Single Chip Processor System of Series 8051PENG Qing_xiangAbstract: The paper introduces the technique and standard of I2C bus. Unifies the AT24C256 chip having I2C bus produced by ATMEL Corporation ,the paper gives the hardware design and C language software realization of virtual technique of I2C bus in the single chip processor system of series8051.Key words: I2C;Single Computer;AT24C2561、引言I2C总线是PHILIPS公司推出一种具备多主机系统所需包括裁决和高低速设备同步等功能高性能串行总线。

它使用两条线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL），使连接到该总线上可访问器件之间传送信息，属于多主控制总线。

总线上每个器件都有唯一址识别，都可以作为一个发送器或接收器。

I2C总线使用可以简化电路，省掉了很多常规电路中接口器件，提高产品可靠性，许多领域尤其目前使用IC卡获了广泛应用。

现今，8051系列单片机应用很广，它们都没有I2C总线接口。

分析I2C总线时序可知， I2C总线规定其时钟线（SCL线）和和数据线（SDA线）是各设备对应输出状态相“与”结果，任一设备都可以用输出低电平方法延长SCL低电平时间，迫使高速设备进入等待状态，实现不同速度设备间时钟同步。

，时钟脉冲高、低电平时间长短不一，也能实现数据可靠传送，我们可以软件控制单片机普通I/O口做I2C接口，实现I2C 总线功能。

本文以ATMEL公司具有I2C总线AT24C256为例介绍I2C总线8051单片机系统中应用并给出C语言软件实现。

2、I2C总线构成及时序2.1 I2C总线组成I2C总线是一个多主机总线，即可以连接多于一个能控制总线器件到总线。

I2C串行总线有两根信号线：一根双向数据线SDA；另一根是时钟线SCL。

SDA和SCL都是双向I/O口线，当总线空闲时这两条线路都是高电平。

所有接到I2C总线上器件串行数据线都接到总线SDA线，各器件时钟线都接到SCL总线上。

其结构如图一所示。

图一：I2C总线组成2.2 I2C总线时序所有主机SCL线上产生自己时钟来传输I2C总线上数据，数据只时钟高电平周期有效，每传输一个数据位就产生一个时钟脉冲，数据线高或低电平状态SCL线时钟信号是低电平时才能改变，当SCL为高电平时，SDA改变表示“开始”和“停止”状态，即SDA由高电平转入低电平表示开始，该命令必须其它命令前执行；SDA由低电平转入高电平表示停止状态，该命令可终止所有通讯。

开始条件后，SCL低电平期间，SDA允许变化，每位数据需一个时钟脉冲，当SCL为高时，SDA必须稳定，主控器应答时钟脉冲高电平期间释放SDA 线，转由接收器控制。

相同总线上设备收到数据后，以置SDA为低电平方式对其确认。

总线不忙时，数据线和时钟线保持为高电平。

I2C时序如图二所示。

图二：I2C总线时序图3、8051单片机系统中I2C总线实现8051系列单片机上并不带I2C总线，必须I2C总线时序用单片机上I/O口模拟I2C总线时序实现其功能。

现以单片机应用系统中较为常见E2PROM中AT24C256为例，介绍8051上利用普通I/O口实现I2C串行总线方法和软件设计。

AT24C256是ATMEL公司256kbit串行电可擦可编程存储器，8引脚双排直插式封装，具有结构紧凑、存储容量大等特点，其引脚排列如图三所示。

图三：AT24C256引脚图其中A0、A1为址选择输入端。

A0、A1用来区分各芯片址，址分布从0到3。

A0、A1悬空时为0。

SCL 为串行时钟输入，上升沿将SDA上数据写入存储器，下降沿从存储器读出数据送SDA上。

SDA是双向串行数据输入输出口，用于存储器与单片机之间数据交换。

WP为写保护输入。

此引脚与相连时，允许写操作；与VCC相连时，所有写存储器操作被禁止。

不连，芯片内部下拉到；VCC接＋5V电源；GND接；NC悬空。

AT24C256开始状态后需紧接一个8位器件址，以进行相应读写操作。

设备寻址码高4位为1、0、1、0，寻址码高4位后面三位是器件寻址码，与它们硬连线管脚相对应。

最低应是读写选择位，置0时可激发写操作，置1激发读操作。

器件具体格式为：1010A2A1A0R/W，其中当R/W为0时，为写AT24C256，当为1时为读操作。

AT24C256片内址是以8位为单元，其总存储容量为256K，其片内址为从0到32767任意数值。

编写软件时设置其片内址数据类型时要设置为unsigned int型，而不能为unsigned char型。

图四所示为AT89S51单片机和AT24C256接口图,分别用I/O口P1.6、P1.7连接SDA和SCL总线。

控制P1.7口高低电平到I2C虚拟时钟，P1.6口作为数据传输双向端口，作为单片机和AT24C256之间数据线。

4、虚拟I2C总线软件结构虚拟I2C总线来说要实现其功能主要软件要注意I2C器件操作时序，总线运行由主机控制。

所谓主机即启动数据传送即发出启动信号，发出时钟信号，传送结束时发出停止信号设备，通常主机是微处理器。

被主机寻访设备都称为从机。

进行通讯，每个接到I2C总线设备都有一个唯一址，于主机寻访。

主机和从机数据传送，可以由主机发送数据到从机，也可以是从机发到主机。

凡是发送数据到总线设备称为发送器，从总线上接收数据设备被称为接受器。

I2C时序，软件分为开始、停止、应答、检查应答、不产生应答、读操作、写操作。

以下为C程序清单调试成功。

#includeSbit sda=P1^7;Sbit scl=P1^6;启动函数，SCL为高时，SDA下降沿为启动信号。

void Start(void){ scl=0; //SCL处于低电平时,SDA才能改变sda=1;// 一个"开始"状态,该状态必须其他命令之前执行scl=1; // 当scl为高电平时sda下降沿表示开始状态_nop_(); _nop_(); _nop_(); //给一个延时sda=0; //给下降沿表示开始_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();scl=0; //恢复低电平以改变sda值sda=1; }停止函数，SCL为高时，SDA上升沿为停止信号。

void Stop(void){scl=0; //SCL处于低电平时,SDA改变数值 */sda=0; //scl为高电平时，sda上升沿表示停止，scl=1; //scl为高电平时改变sda状态表示启动，停止_nop_(); _nop_(); _nop_(); // 延时sda=1;_nop_(); _nop_(); _nop_();scl=0; }/* * * * * 检查应答位 * * * * */bit RecAck(void){ scl=0; //scl为0时候改变sda值sda=1;scl=1; //scl为1时候等待sda值变化，器件接受到数据后会把sda拉低。

_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();CY=sda; // 返回值总是放CY中scl=0;_nop_();return(CY); //为CY为低则表示接受成功，为高，则表示接受失败。

}/* * * * *对I2C总线产生应答（一般用读操作中） * * * * */void Ack(void){sda=0;// EEPROM收到每个址或数据之后,_nop_();_nop_();scl=1;//置SDA低电平方式确认表示收到读SDA口状态_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();scl=0;_nop_();sda=1;}/* * * * * * * * * 不对I2C总线产生应答 * * * * */void NoAck(void){ sda=1;scl=1;_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();scl=0;}向I2C总线写数据,每次写8位数据。

void Send(uchar sendbyte){uchar j=8;for(;j>0;j--){scl=0;//拉低scl准备给上升沿delay(5);//延时sendbyte <<= 1;// 使CY=sendbyte^7;sda=CY; // CY 进位标志位scl=1; //给上升沿，发出sda状态值}scl=0;}从I2C总线上读数据子程序，每次读8位数据。

uchar Receive(void){ register receivebyte,i=8;scl=0;while(i--){ scl=1; //拉高scl准备给下降沿receivebyte=(receivebyte <<1)|sda; //接受值左移一位把低位和sda相或到sda状态值scl=0; //给下降沿发出sda状态值}return(receivebyte);}5、结论本文介绍了I2C总线组成及时序，并以ATMEL公司AT24C256为例给出了用8051C语言模拟I2C总线时序起始、停止及CPU向I2C总线发送和接收8位字节程序。