摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了I2C串行總線結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并結(jié)合其在單片機(jī)（GMS97C2051）上的應(yīng)用，以24LC01BEEPROM為例，給出了用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)該協(xié)議的程序。

關(guān)鍵詞：I2C總線 單片機(jī)

I2C總線

PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，它具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括裁決和高低速設(shè)備同步等功能高性能串行總線。

I2C總線硬件結(jié)構(gòu)

I2C串行總線有兩根信號(hào)線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線睥設(shè)備的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA線，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL。典型的I2C總線結(jié)構(gòu)如圖1。

為了避免總線信號(hào)的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端必須是開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路輸出的電路結(jié)構(gòu)。設(shè)備與總線的接口電路如圖2所示。

I2C總線數(shù)據(jù)傳送率可達(dá)每秒十萬(wàn)位，高速方式可高達(dá)每秒四十萬(wàn)位?？偩€上允許連接設(shè)備數(shù)以總線上的電容量不超過(guò)400pF為限。

I2C數(shù)據(jù)傳輸

在I2C總線傳輸過(guò)程中，將兩種特定的情況定義為開(kāi)始和停止條件（如圖3）：錄 SCL保持“高”，SDA由“高”變?yōu)?ldquo;低”時(shí)為開(kāi)始條件，SCL保持“高”，SDA由“低”變?yōu)?ldquo;高”是為停止條件。開(kāi)始和停止條件由主控器產(chǎn)生。使用 硬件接口可以很容易地檢測(cè)開(kāi)始和停止條件，沒(méi)有這種接口的微機(jī)必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對(duì)SDA取樣以便檢測(cè)這種變化。

SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為 低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，每個(gè)字節(jié)必須有一個(gè)應(yīng)答ACK。如果一 接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)接收器準(zhǔn)備好接受數(shù) 據(jù)的其它字節(jié)并釋放時(shí)鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。I2C數(shù)據(jù)總線傳達(dá)時(shí)序如圖4。

數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控制產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉SDA線。當(dāng)導(dǎo)址的被控器件不能應(yīng)答時(shí)，數(shù)據(jù)保護(hù)為高，接著主控制產(chǎn)生停止條件終止傳輸。

I2C總線的應(yīng)用

下面就是用GMS97C2051（武漢力源公司產(chǎn)品，與AT89C2051兼容）的通用I/O口作為I2C總線接口，由軟件控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，圖5為其連線路圖。

在單主控器的系統(tǒng)中，時(shí)鐘線僅由主控器驅(qū)動(dòng)，因此可以用51的一根I/O線作為SCL信號(hào)線，將其設(shè)置為輸出方式，由軟件控制產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)，在 實(shí)際系統(tǒng)中使用P1.3，另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數(shù)據(jù)線，由軟件控制在時(shí)鐘的低電平期間讀取或輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：先 由單片機(jī)給出一個(gè)啟始數(shù)據(jù)信號(hào)，接著送出要訪問(wèn)器件的7位地址數(shù)據(jù)，并等待被控器件的就答信號(hào)，當(dāng)收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)訪問(wèn)要求進(jìn)行相應(yīng)的操作。如果是讀 入數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)線可一直設(shè)為輸入方式，中間不需要改變SDA線的工作方式，在每讀和主個(gè)字節(jié)，均應(yīng)依次檢測(cè)應(yīng)答信號(hào)，如果是輸出數(shù)據(jù)，則首先將SDA設(shè)置 為輸出方式，當(dāng)發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，需要改變SDA線為輸入方式，此時(shí)讀入被控器件的應(yīng)答信號(hào)，至此完成了一個(gè)字節(jié)的傳送。當(dāng)所有數(shù)據(jù)傳輸完比，應(yīng)向SDA 發(fā)出一個(gè)停止信號(hào)，結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳輸。

以下用51匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)啟始、停止、讀、寫(xiě)、應(yīng)答的程序。

(1)啟始位程序：

ACK：CLR P1.3

NOP

NOP

SETB P1.2

NOP

NOP

NOP

CPL P1.3 ；P1.3=1

NOP

NOP

NOP

DENGDAI：JB P1.2，DENGDAI RET

(2)讀數(shù)據(jù)程序：

讀字節(jié)可以在當(dāng)前地址讀(CURRENT READ)，可以隨機(jī)讀(RANDOM READ)，讀出數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)后不用加應(yīng)答信號(hào)。

READ：PUSH 0EH

CLR P1.4

LCALL BSTART；START

MOV A，#0A0H；SEND

THE CONTROL BYTE

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

MOV A，R1；SEND THE ADDRESS

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

LCALL BSTART；START

MOV A，#0A1H；SEND THE CONTROL BYTE

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

LCALL READBYTE

LCALL BSTOP

POP 0EH

RET

送字節(jié)子程序：

SENDBYTE：PUSH 0EH

PUSH 00H

MOV R0，#08H

LOOP1：CLR P1.3

NOP

NOP

RLC A

MOV P1.2，C

CPL P1.3； P1.3=1

NOP

NOP

DJNZ R0,LOOP1

POP 00H

POP 0EH

RET

讀字節(jié)子程序：

READBYTE：PUSH 0EH

PUSH 00H

MOV R0，#08H；

READ THE CONTENT

CLR A

LOOP4：CLR P1.3

NOP

NOP

NOP

SETB P1.3；P1.3=1

MOV C,P1.2

RLC A

DJNZ R0,LOOP4

MOV R2,A

POP 00H

POP 0EH

RET

（3）寫(xiě)數(shù)據(jù)程序：

WRITE：PUSH 0EH

CLR P1.4

LCALL BSTART

MOV A，#0A0H

LCALL SENDBYTE；

SEND CONTROL BYTE

LCALL ACK

MOV A，R1；SEND THE ADDRESS

LCALL SENDBYTE

CLALL ACK

MOV A，R2；WERITE THE CONTENT

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

LCALL BSTOP

POP 0EH

RET

連續(xù)寫(xiě)的兩個(gè)字節(jié)之間最好是要有10ms的延時(shí)。當(dāng)然，也可以進(jìn)行頁(yè)寫(xiě)（PAGE WTITE），一次性連續(xù)寫(xiě)8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)后要一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。

（4）停止位程序：

BSTOP：CL的P1.3

NOP

NOP

CLR P1.2

NOP

NOP

NOP

SETB P1.3

NOP

NOP

NOP

SETB P1.2

RET