1、I2C總線擴(kuò)展1項(xiàng)目七、I2C總線擴(kuò)展 任務(wù). AT24C系列存儲器讀寫操作能力目標(biāo)1、了解I2C總線原理2、能采用I2C技術(shù)對AT24C系列存儲器讀寫操作學(xué)習(xí)內(nèi)容1、I2C總線原理2、AT24C系列存儲器讀寫操作 2一、任務(wù)要求 要求先對2401C執(zhí)行寫操作，將AT89C51內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中30H3FH中的數(shù)據(jù)寫入2401C中從30H開始的16個連續(xù)存儲單元中，再執(zhí)行讀操作，讀取2401C中30H3FH中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲到AT89C51內(nèi)部存儲器中從40H開始的16個連續(xù)存儲單元中。 KEY1充當(dāng)外部中斷0源，當(dāng)按下KEY1時，單片機(jī)完成用I2C總線寫AT2402,KEY2充當(dāng)外部中斷1

2、源，當(dāng)按下KEY2時，單片機(jī)完成用I2C總線讀AT2402。 3二、任務(wù)分析1、根據(jù)要求整個程序由主程序和中斷0和中斷1三段程序組成。2、AT2401是一個帶有總線結(jié)構(gòu)的存儲器，要對AT2401進(jìn)行讀或?qū)?，必須按照AT2402的讀寫時序編寫開始信號子程序、停止信號子程序、發(fā)送一個字節(jié)子程序、接收一個應(yīng)答位子程序、發(fā)送一個接收應(yīng)答位子程序、發(fā)送一個非接收應(yīng)答位子程序。 4三、學(xué)習(xí)知識 1、I2C總線結(jié)構(gòu)I2C串行總線只有二根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是雙向的時鐘線SCL。圖7-1 I2C主/從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 5 在信息的傳輸過程中，I2C總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為發(fā)送器，而接收數(shù)據(jù)的設(shè)備

3、稱為接收器。能夠初始發(fā)送、產(chǎn)生時鐘、起始信號、停止信號的設(shè)備稱為主機(jī)或主控制器；而被主機(jī)尋址的設(shè)備稱為從機(jī)。 I2C總線上的每個芯片（例如微控制器、LCD驅(qū)動器、存儲器或鍵盤接口）都有唯一的地址，就像電話機(jī)一樣都有各自唯一的號碼，只有被選址的芯片即從機(jī)才和主機(jī)（例如單片機(jī)）通信，就像電話機(jī)只有在被撥通各自的號碼時才能通話。62、I2C總線協(xié)議（1）主機(jī)從機(jī)和接收器發(fā)送器主機(jī)從機(jī)、接收器發(fā)送器這些關(guān)系不是持久的，只由當(dāng)時數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较驔Q定。例如在如下的傳輸數(shù)據(jù)的過程中：1）微控制器 A 要發(fā)送信息到微控制器B微控制器 A（主機(jī)）尋址微控制器 B（從機(jī)）微控制器 A（主機(jī)發(fā)送器）發(fā)送數(shù)據(jù)到微控制器

4、 B（從機(jī)接收器） 微控制器 A終止傳輸 72) 如果微控制器 A 想從微控制器 B 接收信息微控制器 A（主機(jī)）尋址微控制器 B（從機(jī)）微控制器 A（主機(jī)接收器）從微控制器B（從機(jī)發(fā)送器）接收數(shù)據(jù)微控制器 A終止傳輸8（2）I2C總線位的傳輸 I2C總線為同步傳輸總線，總線數(shù)據(jù)與時鐘完全同步。I2C總線規(guī)定時鐘線SCL上一個時鐘周期只能傳送一位數(shù)據(jù)。當(dāng)時鐘SCL線為高電平時，對應(yīng)數(shù)據(jù)線SDA線上的電平即為有效數(shù)據(jù)位（高電平為1，低電平為0）；在數(shù)據(jù)傳送開始后，SCL為高電平的時候，SDA的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有當(dāng)SCL為低電平的時候，才允許SDA上的數(shù)據(jù)改變。當(dāng)SCL發(fā)出重復(fù)的時鐘脈沖時，每

5、次為高電平時，SDA線上對應(yīng)的電平就是一位一位傳送的數(shù)據(jù)，其中最先傳輸?shù)氖亲止?jié)的最高位數(shù)據(jù)，其時序如圖7-2所示。 9圖7-2 I2C總線上SDA和SCL的時序關(guān)系 10（3）起始條件和停止條件 起始條件：當(dāng)SCL線為高電平時，SDA線由高到低的轉(zhuǎn)換。出現(xiàn)起始信號以后，總線被認(rèn)為“忙”。 停止條件：當(dāng)SCL為線高電平時，SDA線由低到高的轉(zhuǎn)換。出現(xiàn)停止信號后，總線被認(rèn)為“空閑”。 也就是SCL和SDA都保持高電平，總線就是空閑的。 在連續(xù)讀寫時，如收到-個“停止條件”。則所有讀寫操作將終止，芯片將進(jìn)入等待模式。起始條件和停止條件般由主機(jī)產(chǎn)生。11(4)應(yīng)答信號 接收數(shù)據(jù)的芯片在接收到8位數(shù)據(jù)后

6、，向發(fā)送數(shù)據(jù)的芯片發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。應(yīng)答位的時鐘脈沖也由主機(jī)產(chǎn)生。發(fā)送器在應(yīng)答時鐘脈沖高電平期間，將SDA線拉為高電平，即釋放SDA線，轉(zhuǎn)由接收器控制。接收器在應(yīng)答時鐘脈沖的高電平期間必須拉低SDA線，以使之為穩(wěn)定的低電平作為有效應(yīng)答，如圖7-4所示。若接收器不能拉低SDA線，則為非應(yīng)答信號。12圖7-4 I2C總線上的應(yīng)答 發(fā)送器向接收器發(fā)出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，等待接收器發(fā)出一個應(yīng)答信號，發(fā)送器接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為接收器出現(xiàn)故障。 13（5）數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送 發(fā)送到SDA線上的每個字節(jié)必須為8位。每次傳輸可以發(fā)送

7、的字節(jié)數(shù)量不受限制，但每個字節(jié)后必須跟個應(yīng)答位，數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚴鞘紫葌鬏敂?shù)據(jù)的最高位MSB，然后在每一個SCL線的時鐘周期內(nèi)，傳送一位數(shù)據(jù)，在8個SCL時鐘周期后，SDA線上完成一個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送。在傳輸時，若SCL線為高電平，SDA線上電平需保持穩(wěn)定不變，只有SCL為低電平時，SDA線上的電平才能改變。否則，若SCL線為高電平，而SDA線上的電平由高跳變到低，則為起始信號；由低跳變到高，則為停止信號。 14 SDA線上完成一個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送后，在第9個SCL時鐘周期，接收器需發(fā)出一個應(yīng)答信號，即在SCL線為高電平時，將SDA線拉低，以使之為穩(wěn)定的低電平作為有效應(yīng)答，表明正確收到了發(fā)送器發(fā)送的

8、數(shù)據(jù)。 15圖7-5 I2C總線上數(shù)據(jù)的傳送 16（6）一幀完整數(shù)據(jù)的傳送一次典型的I2C總線數(shù)據(jù)傳輸包括一個起始條件（START）、一個地址字節(jié)（位7-1：7位從機(jī)地址；位0：R/W方向位）、一個或多個字節(jié)的數(shù)據(jù)和一個停止條件（STOP）。每個地址字節(jié)和每個數(shù)據(jù)字節(jié)后面都必須用SCL高電平期間的SDA低電平（見圖7-6）來應(yīng)答（ACKNOWLEDGE簡寫為ACK）。如果在數(shù)據(jù)傳輸了一段時間后，接收器件不能接收更多的數(shù)據(jù)字節(jié)，接收器件將發(fā)出一個“非應(yīng)答”（NACK）信號，這用SCL高電平期間的SDA高電平表示，發(fā)送器件讀到“非應(yīng)答”信號后終止傳輸。 17 方向位占據(jù)地址字節(jié)的最低位。方向位被設(shè)

9、置為邏輯1表示這是一個“讀”（READ）操作，即主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)；方向位為邏輯0表示這是一個“寫”（WRITE）操作，即從機(jī)接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)傳輸都由主器件啟動，可以尋址一個或多個目標(biāo)從機(jī)。 圖7-6 I2C總線上完整數(shù)據(jù)的傳送 183、I2C總線的傳送格式 （1）主發(fā)送從接收 圖7-7 典型的主發(fā)送從接收時序 19（2）從發(fā)送主接收 圖7-8 典型的主接收從發(fā)送時序 204、AT24CXX（1）管腳配置和功能 表7-4 AT24C02的地址定義 最高位 7位從機(jī)地址 最低位1010A2A1A0R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 21SCL ：串行時鐘 S

10、DA ：串行數(shù)據(jù)/地址 A0、A1、A2：器件地址輸入端 WP：寫保護(hù) 如果WP管腳連接到Vcc，所有的內(nèi)容都被寫保護(hù)，只能讀而不能寫。22（2）AT24C02的讀寫操作 1）字節(jié)寫 在字節(jié)寫模式下，主機(jī)發(fā)送起始信號和從機(jī)地址信息，R/W位置零。在從機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答信號后，主機(jī)發(fā)送AT24C02的內(nèi)部字節(jié)地址，該地址表明一個字節(jié)的數(shù)據(jù)要寫入AT24C02的哪一個字節(jié)。主機(jī)在收到從機(jī)的另一個應(yīng)答信號后，再發(fā)送數(shù)據(jù)到AT24C02內(nèi)部字節(jié)地址表明的存儲單元。AT24C02再次應(yīng)答，并在主機(jī)產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫。在內(nèi)部擦寫過程中，AT24C02不再應(yīng)答主機(jī)的任何請求。字節(jié)寫時序如圖7-10所示

11、。23圖7-10 字節(jié)寫時序 242）頁寫 用頁寫AT24C02可以一次寫入8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。頁寫操作的啟動和字節(jié)寫一樣，不同在于傳送了一字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產(chǎn)生停止信號。主機(jī)被允許再發(fā)送7個額外的字節(jié)，每發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，AT24C02產(chǎn)生一個應(yīng)答信號，并將內(nèi)部字節(jié)地址自動加1。如果寫到此頁的最后一個字節(jié)，即發(fā)送完8個字節(jié)數(shù)據(jù)后，主機(jī)繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)將從該頁的首地址寫入，先前寫入的數(shù)據(jù)將被覆蓋，造成數(shù)據(jù)丟失。 25圖7-11 頁寫時序 26AT24C02的讀操作AT24C02的讀操作可分為立即地址讀、選擇性讀和連續(xù)讀。1）立即地址讀 圖7-12 立即地址讀時序 272）選擇性讀 圖7-13 選擇

12、性讀時序 283）連續(xù)讀 圖7-14 連續(xù)讀時序 29四、任務(wù)實(shí)施1、硬件設(shè)計(jì) 圖7-15 單片機(jī)和AT2401CI2C總線硬件接線原理圖 302、軟件設(shè)計(jì)具體流程圖如圖7-16所示。 否是有無有有發(fā)送控制字、從器件地址I2C開始信號中斷入口應(yīng)答信號發(fā)從器件片內(nèi)地址應(yīng)答信號發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)答信號發(fā)送結(jié)束停止信號返回?zé)o無中斷0（寫入AT2401CI2C數(shù)據(jù)） 31發(fā)送從器件地址I2C開始信號中斷入口應(yīng)答信號發(fā)從器件片內(nèi)地址應(yīng)答信號開始信號應(yīng)答信號最后一個字節(jié)發(fā)非應(yīng)答返回發(fā)送控制字接收數(shù)據(jù)發(fā)應(yīng)答位停止信號無有是否無有無有 中斷1（讀出AT2401CI2C數(shù)據(jù)） 32主程序：ACKBIT 10H；應(yīng)答標(biāo)志

13、位SLADATA 50H；器件地址字SUBADATA 51H；器件子地址NUMBYTEDATA 52H；讀/寫字節(jié)數(shù)SDABI T P1.5SCLBIT P1.4；I2C總線定義MTDEQU 30H；發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)首地址(30H-3FH)MRDEQU 40H；接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)首地址(40H-4FH)ORG0000HAJMPMAINORG0003HLJMP WRITEORG 0013HLJMPREAD33MAIN:MOVR4,#0F0H；延時,等待其它芯片復(fù)位完成DJNZR4,$MOVA,#0；依次將30H3FH設(shè)為00H0FHMOVR0,#30HS1:MOVR0,AINCR0INC ACJNER

14、0,#04H,S1SETBPX1；將中斷1（讀數(shù)據(jù)）設(shè)為高優(yōu)先級SETBEX0SETBEX1SETBEAL1:NOPJMP L134中斷0：（寫入AT2401CI2C數(shù)據(jù)） WRITE:MOVSLA,#0A0H；24C01C地址字,寫操作MOVSUBA,#30H；目標(biāo)地址MOVNUMBYTE,#16；字節(jié)數(shù)LCALLIWRNBYTE；寫數(shù)據(jù)RETI35中斷1：（讀出AT2401CI2C數(shù)據(jù)）READ:MOVSLA,#0A0H；24C01C地址字,偽寫入操作MOVSUBA,#30H；目標(biāo)地址MOVNUMBYTE,#16；字節(jié)數(shù)LCALLIRDNBYTE；寫數(shù)據(jù)RETI36;名稱:STRRT;描述

15、:啟動I2C總線子程序發(fā)送I2C總線起始條件 START:SETBSDA；發(fā)送起始條件數(shù)據(jù)信號NOP；起始條件建立時間大于4.7usSETBSCL；發(fā)送起始條件的時鐘信號NOPNOPNOPNOPNOP；起始條件鎖定時間大于4.7usCLRSDA；發(fā)送起始信號NOPNOPNOPNOP；起始條件鎖定時間大于4.7usCLRSCL；鉗住I2C總線,準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)NOPRET37;名稱:STOP;描述:停止I2C總線子程序發(fā)送I2C總線停止條件 STOP:CLRSDA；發(fā)送停止條件的數(shù)據(jù)信號NOPNOPSETBSCL；發(fā)送停止條件的時鐘信號NOPNOPNOPNOPNOP；起始條件建立時間大于4.7

16、usSETBSDA；發(fā)送I2C總線停止信號NOPNOPNOPNOPNOP；延遲時間大于4.7usRET38;名稱:MACK;描述:發(fā)送應(yīng)答信號子程序 MACK:CLRSDA；將SDA置0NOPNOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOP；保持?jǐn)?shù)據(jù)時間,大于4.7usCLRSCLNOPNOPRET39;名稱:MNACK;描述:發(fā)送非應(yīng)答信號子程序MNACK:SETBSDA；將SDA置1NOPNOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOPCLRSCL；保持?jǐn)?shù)據(jù)時間,大于4.7usNOPNOPRET40;名稱:CACK;描述:檢查應(yīng)答位子程序,返回值:ACK=1時表示有應(yīng)答 CACK:SE

17、TBSDANOPNOPSETBSCLCLRACKNOPNOPMOVC,SDAJCCENDSETBACK；判斷應(yīng)答位CEND:NOPCLRSCLNOPRET41;名稱:WRBYTE;描述:發(fā)送字節(jié)子程序,字節(jié)數(shù)據(jù)放入ACC WRBYTE:MOVR0,#08HWLP:RLCA；取數(shù)據(jù)位JCWRISJMPWRO；判斷數(shù)據(jù)位WLP1:DJNZR0,WLPNOPRETWRI:SETBSDA；發(fā)送1NOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOP42CLRSCLSJMPWLP1WRO:CLRSDA；發(fā)送0NOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOPCLRSCLSJMPWLP143;名稱:RDBYT

18、E;描述:讀取字節(jié)子程序,讀出的數(shù)據(jù)存放在ACC RDBYTE:MOVR0,#08HRLP:SETBSDANOPSETBSCL；時鐘線為高,接收數(shù)據(jù)位NOPNOPMOVC,SDA；讀取數(shù)據(jù)位MOVA,R2CLRSCL；將SCL拉低,時間大于4.7usRLCA；進(jìn)行數(shù)據(jù)位的處理MOVR2,ANOPNOPNOPDJNZR0,RLP；未夠8位,繼續(xù)讀入RET44MAIN:MOVR4,#0F0H；延時,等待其它芯片復(fù)位完成DJNZR4,$ ；發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)初始化,將16個連續(xù)字節(jié)分別賦值為00H到0FHMOVA,#0MOVR0,#30HS1:MOVR0,AINCR0INCACJNER0,#40H,S1

19、；向24C01C中寫數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存放在24C01C中30H開始的16個字節(jié)中MOVSLA,#0A0H；24C01C地址字,寫操作MOVSUBA,#30H；目標(biāo)地址MOVNUMBYTE,#16；字節(jié)數(shù)45LCALLIWRNBYTE；寫數(shù)據(jù)DELAY:MOVR5,#20D1:MOVR6,#248D2:MOVR7,#248DJNZR7,$DJNZR6,D2DJNZR5,D1；從24C01C中讀數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)送AT89C51中40H開始的16個字節(jié)中MOVSLA,#0A0H；24C01C地址字,偽寫入操作MOVSUBA,#30H；目標(biāo)地址MOVNUMBYTE,#16；字節(jié)數(shù)LCALLIRDNBYTE；寫數(shù)據(jù)

20、END46;名稱:IWRNBYTE;描述:向器件指定子地址寫N個數(shù)據(jù);入口參數(shù):器件地址字SLA,子地址SUBA,發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)MTD,發(fā)送字節(jié)數(shù)NUMBYTE IWRNBYTE:MOVR3,NUMBYTELCALLSTART；啟動總線MOVA,SLALCALLWRBYTE；發(fā)送器件地址字LCALLCACKJNBACK,RETWRN；無應(yīng)答則退出MOVA,SUBA；指定子地址LCALLWRBYTELCALLCACKMOVR1,#MTD47WRDA:MOVA,R1LCALLWRBYTE；開始寫入數(shù)據(jù)LCALLCACKJNBACK,IWRNBYTEINCR1DJNZR3,WRDA；判斷是否寫完RE

21、TWRN:LCALLSTOPRET48;名稱:IRDNBYTE;描述:從器件指定子地址讀取N個數(shù)據(jù);入口參數(shù):器件地址字SLA,子地址SUBA,接收數(shù)據(jù)緩存區(qū)MRD,接收字節(jié)數(shù)NUMBYTE IRDNBYTE:MOVR3,NUMBYTELCALLSTARTMOVA,SLALCALLWRBYTE；發(fā)送器件地址字LCALLCACKJNBACK,RETRDNMOVA,SUBA；指定子地址LCALLWRBYTELCALLCACKLCALLSTART;重新啟動總線MOVA,SLAINCA；準(zhǔn)備進(jìn)行讀操作LCALLWRBYTELCALLCACK49JNBACK,IRDNBYTEMOVR1,#MRDRON1:LCALLRDBYTE；讀操作開始MOVR1,ADJNZR3,SAC