I2C總線器件編程開發關鍵技術

黃忠良

（沙洲職業工學院，江蘇 張家港 215600）

在微機控制領域，作為外圍芯片的I2C總線器件因結構簡單，可靠性高，得到了廣泛應用。例如存儲芯片24C02，用于記錄密碼及公里數等，廣泛用于汽車儀表系統。I2C（Inter-Integrated Circuit）總線又稱IIC總線或I2C總線，是PHLIPS公司推出的一種高性能串行總線。采用I2C串行總線技術可以精簡系統硬件設計，提高系統可靠性，同時，系統也易于擴充與升級。24C02作為I2C總線接口存儲芯片，屬串行EEPROM，容量2 kbit，斷電后數據不會丟失，常用于記錄密碼及公里數等場合。

1 24C02及I2C總線接口電路

24C02引腳圖如圖1所示，24C02與51單片機接口電路如圖2所示。

圖1 24C02引腳

應用I2C總線器件進行編程時，由單片機主機完成I2C總線初始化、數據傳送、產生時鐘信號和終止發送功能，從機24C02接收主機發送的數據。I2C總線具有總線裁決功能，主要依靠從機設備地址實現。對于24C02，8位從機設備地址的高4位固定為1010，后3位為A2、A1、A0，最后1位是數據傳送的方向位 （R／W），主機將數據寫入從機為“0”，主機從從機讀出數據為“1”。

圖2 24C02與單片機接口電路

2 I2C總線的數據傳送

2.1 起始條件與停止條件

只有在起始條件滿足后才能進行數據傳送，起始條件與停止條件如圖3所示。

圖3 起始條件與停止條件

從圖3可看出，當SCL處于高電平期間，SDA從高電平向低電平跳變時產生起始條件。當SCL處于高電平期間時，SDA從低電平向高電平跳變時產生停止條件。

2.2 I2C位數據傳輸規定

位數據的有效性及應答信號時序如圖4所示。

圖4 位數據的有效性及應答信號時序

主機進行數據傳送時，從最高位開始逐位傳送，時鐘信號線為高電平期間，位數據必須保持不變。另外，每傳送8位數據 （即一個字節）后，從機都必須產生一個應答信號。

3 I2C總線接口數據讀寫時序與編程

3.1 24C02字節讀取時序

從機讀操作有3種不同的方式：讀當前地址內容、讀隨機地址內容、讀順序地址內容。圖5為24C02讀隨機地址內容操作時序。

圖5 24C02字節讀時序

隨機讀操作允許主機對存儲器的任意字節進行讀操作，主機首先通過發送起始信號、從機設備地址和它想讀取的字地址執行一個偽寫操作。在從機應答之后，主機重新發送起始信號和從機設備地址，注意此處R／W位為1，從機響應并發送應答信號，然后輸出所要求的一個8位字節數據，主機不發送應答信號但產生一個停止信號。

3.2 24C02字節寫入時序

24C02字節寫操作時序如圖6所示。

圖6 24C02字節寫時序

主機先發送起始命令，然后發送從機設備地址數據，主機在收到從機產生的應答信號后，再發送一個字的地址數據，主機再次收到從機的應答信號后，最后發送數據到相應存儲單元。從機再次應答，并在主機產生停止信號后開始內部數據的擦寫，在內部擦寫過程中，從機不再應答主機的任何請求。

3.3 24C02字節寫入編程

下列代碼完成24C02字節寫入。

void write_byte （uchar add，uchar dat ）

{

void init （）；／／I2C總線初始化

void start （void）；／／起始條件

I2Cwr_byte （0xa0）；／／寫24C02地址

void ack （void）；／／從機24C02應答

I2Cwr_byte （add）；／／寫單元地址

void ack （void）；／／從機24C02應答

I2Cwr_byte （dat）；／／寫數據

void ack （void）；／／從機24C02應答

void stop （void）；／／結束條件

}

說明：上述用到的幾個被調用函數定義如下。

①void init （）；／／I2C總線初始化

{

sda=1；

scl=1；

}

②void start （void）；／／起始條件

{

scl=0；／／拉低SCL再改SDA以防誤操作

delay （）；

sda=1；

delay （）；

scl=1；

delay （）；

sda=0；

delay （）；

}

③I2Cwr_byte（uchar dat） ／*單字節傳送操作*／

{

uchar i；

scl=0；／／時鐘線上的信號為低電平期間，數據線上電平狀態允許變化

for （i=0；i＜8；i++） ／／采用逐位傳送方式

{

if （dat&0x80）；／／為先傳最高位狀態作準備

{

sda=1；

}

else

{

sda=0；

}

dat=dat＜＜1；／／準備傳送后面一位

delay （）；

scl=1；／／總線數據傳送

delay （）；

scl=0；

delay （）；

}

sda=1；／／主機釋放總線

delay （）；

}

④void stop （void）；／／停止條件

{

scl=0；／／先拉低SCL，再改變SDA

delay （）；

sda=0；

delay （）；

scl=1；

delay （）；

sda=1；

delay （）；

}

⑤void ack （void） ／／從機應答

{

uchar I；

scl=1；

delay （）；

while （（sda==1） && （i＜200）） i++；／／等待接收應答或作超時處理

scl=0；

delay （）；

}

另外，有關24C02字節的讀取編程見圖5。

4 結束語

24CXX芯片目前已廣泛應用在斷電后仍然需要保持存儲數據的場合。上述I2C總線存儲單元讀寫編程方法已在Proteus上仿真調試成功。就I2C總線器件編程開發而言，正確理解操作時序至關重要，否則會導致通信失敗。