I2C

单片机模拟I2C总线实现串行E2PROM的读写　I2C总线简介

　　I2C总线是一种串行数据总线，只有二根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。在
I2C总线上传送的一个数据字节由八位组成。总线对每次传送的字节数没有限制，但每个字节后必须跟一位应答位。数据传送首先传送最高位(MSB)，数据传送按图1所示格式进行。首先由主机发出启动信号“S”(SDA在SCL高电平期间由高电平跳变为低电平)，然后由主机发送一个字节的数据。启动信号后的第一个字节数据具有特殊含义：高七位是从机的地址，第八位是传送方向位，0表示主机发送数据(写)，1表示主机接收数据(读)。被寻址到的从机设备按传送方向位设置为对应工作方式。标准 I2C总线的设备都有一个七位地址，所有连接在I2C总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节，并将接收到的地址与自己的地址进行比较，如果地址相符则为主机要寻访的从机，应在第九位答时钟脉冲时向SDA线送出低电平作为应答。除了第一字节是通用呼叫地址或十位从机地址之外(详细内容见［1］)，第二字节开始即数据字节。数据传送完毕，由主机发出停止信号“P”(SDA在SCL高电平期间由低电平跳变为高电平)。

　　AT24C系列串行E2PROM具有I2C总线接口功能，功耗小，宽电源电压(根据不同型号2.5V～6.0V)，工作电流约为3mA，静态电流随电源电压不同为30μA～110μA，存储容量见表1。

　　(1) AT24C系列 E2PROM接口及地址选择

　　由于I2C总线可挂接多个串行接口器件，在I2C总线中每个器件应有唯一的器件地址，按I2C总线规则，器件地址为7位数据(即一个I2C总线系统中理论上可挂接128个不同地址的器件)，它和1位数据方向位构成一个器件寻址字节，最低位D0为方向位(读/写)。器件寻址字节中的最高4位 (D7～D4)为器件型号地址，不同的I2C总线接口器件的型号地址是厂家给定的，如AT24C系列E2PROM的型号地址皆为1010，器件地址中的低 3位为引脚地址A2A1A0，对应器件寻址字节中的D3、D2、D1位，在硬件设计时由连接的引脚电平给定。

　　对于E2PROM的片内地址，容量小于256字节的芯片(AT24C01/02)，8位片内寻址(A0～A7)即可满足要求。然而对于容量大于 256字节的芯片，则8位片内寻址范围不够，如AT24C16，相应的寻址位数应为11位(211=2048)。若以256字节为1页，则多于8位的寻址视为页面寻址。在AT24C系列中对页面寻址位采取占用器件引脚地址(A2、A1、A0)的办法，如AT24C16将A2、A1、A0作为页地址。凡在系统中引脚地址用作页地址后，该引脚在电路中不得使用，作悬空处理。AT24C系列串行E2PROM的器件地址寻址字节如表1所示，表中P0P1P2表示页面寻址位。

　　(2)　AT24C系列 E2PROM读写操作

　　对AT24C系列 E2PROM的读写操作完全遵守I2C总线的主收从发和主发从收的规则。

　　连续写操作　连续写操作是对E2PROM连续装载n个字节数据的写入操作，n随型号不同而不同，一次可装载字节数见表1。SDA线上连续写操作数据状态如图2。

器件地址(写) 片内地址 　　　≤ n个字节数据

图2　 SDA线连续写操作数据状态

　　AT24C系列片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加1，故装载一页以内规定数据字节时，只须输入首地址，若装载字节多于规定的最多字节数，数据地址将“上卷”，前面的数据被覆盖。

　　连续读操作　连续读操作时为了指定首地址，需要两个伪字节写来给定器件地址和片内地址，重复一次启动信号和器件地址(读)，就可读出该地址的数据。由于伪字节写中并未执行写操作，地址没有加1。以后每读取一个字节，地址自动加1。
在读操作中接收器接收到最后一个数据字节后不返回肯定应答(保持SDA高电平)随后发停止信号。连续读操作SDA上数据状态如图3。

器件寻址(写) 片内地址　　器件寻址(读)读出数据

图3　SDA线连续读操作数据状态

3　8031单片机与AT24C系列 E2PROM通讯的硬软件实现

　　(1)硬件电路

　　图4是用8031P1口模拟I2C总线与E2PROM连接电路图（以AT24C16为例），由于AT24C16是漏极开路，图中R1、R2为上拉电阻(5.1k)。A0～A2地址引脚、TEST测试脚均悬空。

图4　8031P1口与E2PROM连接电路图

(2)软件实现

　　由前述分析和图4的硬件电路，我们编制了E2PROM的读写子程序。两者的主要区别在于读子程序需发器件地址(写)和片内地址作为伪字节，之后再发一次开始信号和器件地址(读命令)。

　　读写子程序如下：

;写串行E2PROM子程序EEPW

; (R3)=器件地址

; (R4)=片内字节地址

; (R1)=欲写数据存放地址指针

; (R7)=连续写字节数n

EEPW: MOV　P1,#0FFH
　　CLR　　P1.0　　;发开始信号
　　MOV　　A,R3　　;送器件地址
　　ACALL　 SUBS
　　MOV　　A,R4　　;送片内字节地址
　　ACALL　SUBS
AGAIN: MOV　A,@R1
　　ACALL SUBS　;调发送单字节子程序INC　 　R1
　　DJNZ　　R7,AGAIN;连续写n个字节
　　CLR 　 　P1.0　　;SDA置0, 准备送停止信号
　　ACALL　DELAY ;延时以满足传输速率要求
　　SETB 　 P1.1　 ;发停止信号
　　ACALL　DELAY
　　SETB 　 P1.0
　　RET

SUBS: MOV　R0,#08H ;发送单字节子程序
LOOP: CLR　P1.1
　　RLC　　A
　　MOV　　P1.0,C
　　NOP
　　SETB　P1.1
　　ACALL DELAY
　　DJNZ　R0,LOOP ;循环8次送8个bit
　　CLR　　P1.1
　　ACALL DELAY
　　SETB　P1.1
REP: MOV　C,P1.0
　　JC　　REP　　;判应答到否，未到则等待
　　CLR　 P1.1
　　RET
DELAY: NOP
　　NOP
　　RET

;读串行E2PROM子程序EEPR
;(R1)=欲读数据存放地址指针
;(R3)=器件地址
;(R4)=片内字节地址
;(R7)=连续读字节数
EEPR: MOV　P1,#0FFH
　　CLR　　P1.0　　;发开始信号
　　MOV　　A,R3　　;送器件地址
　　ACALL SUBS　　 ;调发送单字节子程序
　　MOV　A,R4　　　;送片内字节地址
　　ACALL SUBS
　　MOV　P1,#0FFH
　　CLR　P1.0　　　;再发开始信号
　　MOV　A,R3
　　SETB　ACC.0　　;发读命令
　　ACALL SUBS
MORE: ACALL SUBR
　　MOV　@R1,A
　　INC　R1
　　DJNZ R7,MORE
　　CLR　P1.0
　　ACALL DELAY
　　SETB P1.1
　　ACALL DELAY
　　SETB　P1.0 ;送停止信号
　　RET
SUBR: MOV　 R0,#08H ;接受单字节子程序
LOOP2: SETB　 P1.1
　　ACALL DELAY
　　MOV　C,P1.0
　　RLC　A
　　CLR　P1.1
　　ACALL DELAY
　　DJNZ R0,LOOP2
　　CJNE R7,#01H,LOW
　　SETB P1.0　　;若是最后一个字节置A=1
　　AJMP SETOK
LOW: CLR　P1.0　　;否则置A=0
SETOK: ACALL DELAY
　　SETB　 P1.1
　　ACALL DELAY
　　CLR　　P1.1
　　ACALL DELAY
　　SETB　P1.0　　;应答毕,SDA置1
　　RET


　　

　　程序中多处调用了DELAY子程序(仅两条NOP指令)，这是为了满足I2C总线上数据传送速率的要求，只有当SDA数据线上的数据稳定下来之后才能进行读写(即SCL线发出正脉冲)。另外，在读最后一数据字节时，置应答信号为“1”，表示读操作即将完成。