江科大与普中科技详解I2C通信原理与AT24C02应用-优快云博客

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以下基于江科大与普中科技学习I2C通讯

I2C（ Inter－ Integrated Circuit）总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。 I2C 总线只有两根双向信号线。一根是数据线 SDA，另一根是时钟线 SCL。由于其管脚少，硬件实现简单，可扩展性强等特点，因此被广泛的使用在各大集成芯片内。

4.1主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变；

4.2主机在第一个字节后，立即从从机读数据；

4.3在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好相反

一、介绍：

I2C（ Inter－ Integrated Circuit）总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。 I2C 总线只有两根双向信号线。一根是数据线 SDA，另一根是时钟线 SCL。由于其管脚少，硬件实现简单，可扩展性强等特点，因此被广泛的使用在各大集成芯片内。

二、I2C物理层：

2.1 连接方式：

2.2 特点：

由两条总线组成：SDA（数据线）、SCL（时钟线）
可连接多个通信主机和多个通信从机，可实现一主多从，多主多从模式。
每个连接到总线的设备都有一个地址，这个地址是独一无二的，主机可通过这个地址进行不同设备的访问。
每条总线前都有外接一颗上拉电阻，即防止开漏输出中的高阻态，固为稳定状态，上拉成高电平。
三种传输模式：标准：100kbit/s；快速：400kbit/s；高速：3.4Mbit/s
两种寻址方式：7位和10位。通常使用7位，使用7位字节寻址，其后跟着一位方向位。其中D7-D4固定位1010；D3-D1可寻地址，共有2的3次方个，8个地址，所以最大运与允许8个设备；D0即方向位（读写位），当为R（1），读位，位W（0），读位

三、I2C协议层：

在I2C通信中，供定义了五种通信方式：起始、停止、应答、发送、接收

发送/接收：在数据传输时，SCL为高电平时，SDA上的数据必须保持稳定。SCL为低电平时，SDA上的电平状态才允许改变，每次传输以字节为单位，字节数则不受限制。

每一个字节必须保证是8位。数据传送时，先传送最高位，每传送一位后紧跟一位应答位（一帧数据帧共有9位）

3.1 起始：

SDA、SCL都为高电平时处在空闲状态，当SCL为高电平，SDA实现从高电平到低电平的下降沿时

3.2 停止：

SDA、SCL都为高电平时处在空闲状态，当SCL为高电平，SDA实现从低电平到高电平的上降沿时

3.3 应答：

每当发送端发送完一个字节的数据后，后面都需要紧跟着一个校验位，即应答位。其通过接收端控制SDA来实现的，以告诉发送端的状态。若为应答（低电平）：发送端会继续发送下一个数据；若为非应答（高电平）：发送端将停止发送数据。

四、数据的传输组合方式：

4.1主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变；

4.2主机在第一个字节后，立即从从机读数据；

4.3在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好相反

五、AT24C02：

由于51 单片机没有硬件 IIC 接口，即使有硬件接口我们通常还是采用软件模拟 I2C。主要原因是硬件 IIC 设计的比较复杂，而且稳定性不怎么好，程序移植比较麻烦，而用软件模拟 IIC，最大的好处就是移植方便，同一个代码兼容所有单片机，任何一个单片机只要有 IO 口（不需要特定 IO），都可以很快的移植过去。

5.1 封装及引脚功能：

A0、A1、A2：器件地址输入引脚

SDA、SCL：总线

VSS：地

VCC：正电源

WP：写保护。1：只读不写；0：可读可写

5.2 电路连接：

5.3 程序实现：

程序来源与江科大，这里不用对SDA、SCL拉低拉高后延时微秒，也可执行读写。

#include <REGX52.H>
#define AT24C02_ADDRESS		0xA0
sbit I2C_SCL=P2^1;
sbit I2C_SDA=P2^0;

/**
  * @brief  I2C开始
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Start(void)
{
	I2C_SDA=1;
	I2C_SCL=1;
	I2C_SDA=0;
	I2C_SCL=0;
}

/**
  * @brief  I2C停止
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Stop(void)
{
	I2C_SDA=0;
	I2C_SCL=1;
	I2C_SDA=1;
}

/**
  * @brief  I2C发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void I2C_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);
		I2C_SCL=1;
		I2C_SCL=0;
	}
}

/**
  * @brief  I2C接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收到的一个字节数据
  */
unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i,Byte=0x00;
	I2C_SDA=1;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		I2C_SCL=1;
		if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}
		I2C_SCL=0;
	}
	return Byte;
}

/**
  * @brief  I2C发送应答
  * @param  AckBit 应答位，0为应答，1为非应答
  * @retval 无
  */
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{
	I2C_SDA=AckBit;
	I2C_SCL=1;
	I2C_SCL=0;
}

/**
  * @brief  I2C接收应答位
  * @param  无
  * @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答
  */
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
	unsigned char AckBit;
	I2C_SDA=1;
	I2C_SCL=1;
	AckBit=I2C_SDA;
	I2C_SCL=0;
	return AckBit;
}

/**
  * @brief  AT24C02写入一个字节
  * @param  WordAddress 要写入字节的地址
  * @param  Data 要写入的数据
  * @retval 无
  */
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)
{
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(Data);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Stop();
}

/**
  * @brief  AT24C02读取一个字节
  * @param  WordAddress 要读出字节的地址
  * @retval 读出的数据
  */
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress)
{
	unsigned char Data;
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);
	I2C_ReceiveAck();
	Data=I2C_ReceiveByte();
	I2C_SendAck(1);
	I2C_Stop();
	return Data;
}