• I2C总线与E²PROM

    目录

    概述

    特点

    类别

    用途

    I2C时序

    I2C寻址模式

    24C01（E²PROM器件）

    E²PROM写数据流程：

    E²PROM读数据流程：

    E²PROM的页写入

    按时序写的程序

    多字节读写程序

    按页写程序

    概述

    特点

    I2C总线的主要特点是：两条线可以挂多个参与通信的器件，即多机模式，而且任何一个器件都可以作为主机，当然同一时刻只能有一个主机。

    类别

    I2C属于同步通信，SCL时钟线负责收发双方的时钟节拍，SDA数据线负责传输数据。

    I2C的发送方和接收方都以SCL这个时钟节拍为基准进行数据的发送和接收

    半双工通信

    用途

    I2C多用于板内通信

    I2C：通信协议

    E²PROM：器件

    I2C时序

    I2C总线是由始终总线SCL和数据总线SDA两条线构成。连接到总线上的所有器件的SCL都连到一起，所有SDA都连到一起。

    I2C总线是开漏引脚并联的结构，因此外部需要添加上拉电阻。添加上拉电阻后，所有线就组成了线“与”的关系，即所有接入的器件均保持高电平，这条线才是高电平；任意一个器件都可以拉低电平，也就是任何一个器件都可以作为主机。

     I2C中有起始信号、数据传输和停止信号。其中数据传输部分可以一次通信过程传输很多个字节，字节数是不受限制的，而每个字节后都跟一位，答应位，通常用ACK表示。

    I2C通信，必须两条线都参与工作才能完成

    起始信号：

    SCL为高电平期间，SDA由高电平向低电平变化产生一个下降沿，表示起始信号

    数据传输：

    I2C通信是高位在前、低位在后。

    I2C没有固定波特率，但是有时序要求。要求当SCL在低电平的时候，SDA允许变化。当SCL是高电平的时候，SDA绝对不可以变化，因为此时接收方要读取当前SDA的电平信号是0还是1，必须保证SDA的稳定。

    停止信号：

    SCL为高电平期间，SDA由低电平向高电平变化产生一个上升沿，表示结束信号。

    I2C寻址模式

    I2C通信在字节级的传输中也有固定的时序要求。

    I2C在起始信号（Start）后，首先要发送一个从机地址，这个地址一共有7位；紧跟着第8位，数据方向位（R/W），“0”表示接下来要发送数据（写），“1”表示接下来是请求数据（读）。

    若是发送的地址存在，从机SDA输出“0”；如果不存在，从机SDA输出“1”，即应答信号ACK

    主机向从机发送数据，数据传输方向在整个过程中不变：

    S

    从机地址

    0

    A

    数据

    A

    数据

    A/A非

    P

    主机在第一个字节后，立即从从机读取数据：

    S

    从机地址

    1

    A

    数据

    A

    数据

    A/A非

    P

    在传输过程中，当需要改变方向时，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：

    S

    从机地址

    0

    A

    数据

    A/A非

    S

    从机地址

    1

    A

    数据

    A非

    P

    24C01（E²PROM器件）

    24C02和24C01原理图完全一样

    24C02一共256个字节的存储空间，地址从0x00~0xff

    24C02的七位地址中，其中高4位是固定的0b1010，

    低3位的地址取决于电路设计，由A0、A1、A2的实际电平决定

    E²PROM写数据流程：

    第一步：首先是I2C的起始信号

    紧接着跟上I2C的器件地址

    在读写方向上选择“写”操作

    第二步：发送数据的存储地址

    第三步：发送要存储的数据，每个字节都会回应一个“应答位0”，来告诉我们写E²PROM数据成功，若是没有应答位，说明写入不成功。

    注：每成功写入一个字节，E²PROM存储空间的地址都会自动加1，当加到0xff，再加则会溢出，变为0x00。

    E²PROM读数据流程：

    第一步：首先是I2C的起始信号

    紧接着跟上I2C的器件地址

    在读写方向上选择“写”操作

    第二步：发送要读取的数据的地址

    第三步：再次发送I2C的起始信号

    紧接着跟上I2C的器件地址

    在读写方向上选择“读”操作

    第四步：读取完一个字节，如果想要接着读取，就发送一个“应答位ACK(0)”，若是不想读了，就发送一个“非应答位NAK(1)”

    注：无论是读还是写，SCL始终都是由主机控制的

    写的时候，应答信号由从机发出，表示从机是否正确的接收了数据

    读的时候，应答信号由主机发出，表示是否继续读下去

    E²PROM的页写入

    由于一个字节一个字节的写效率过低，所以厂商就对E²PROM进行了分页管理

    24C01、24C02这两个型号是8个字节一个页

    24C04、24C08、24C16是16个字节一个页

    分配好页之后，就可以一次性的把一页的数据写入非易失区域，然后再发送一个停止位，再进行空闲检测，发送下一页。

    按时序写的程序

    1. #include 
    2. #include 
    3.  
    4. #define I2CDelay()  {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
    5. sbit I2C_SCL = P3^7;
    6. sbit I2C_SDA = P3^6;
    7.  
    8. /* 产生总线起始信号 */
    9. void I2CStart()
    10. {
    11.     I2C_SDA = 1; //首先确保SDA、SCL都是高电平
    12.     I2C_SCL = 1;
    13.     I2CDelay();
    14.     I2C_SDA = 0; //先拉低SDA
    15.     I2CDelay();
    16.     I2C_SCL = 0; //再拉低SCL
    17. }
    18. /* 产生总线停止信号 */
    19. void I2CStop()
    20. {
    21.     I2C_SCL = 0; //首先确保SDA、SCL都是低电平
    22.     I2C_SDA = 0;
    23.     I2CDelay();
    24.     I2C_SCL = 1; //先拉高SCL
    25.     I2CDelay();
    26.     I2C_SDA = 1; //再拉高SDA
    27.     I2CDelay();
    28. }
    29. /* I2C总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值 */
    30. bit I2CWrite(unsigned char dat)
    31. {
    32.     bit ack;  //用于暂存应答位的值
    33.     unsigned char mask;  //用于探测字节内某一位值的掩码变量
    34.  
    35.     for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行
    36.     {
    37.         if ((mask&dat) == 0)  //该位的值输出到SDA上
    38.             I2C_SDA = 0;
    39.         else
    40.             I2C_SDA = 1;
    41.         I2CDelay();
    42.         I2C_SCL = 1;          //拉高SCL
    43.         I2CDelay();
    44.         I2C_SCL = 0;          //再拉低SCL，完成一个位周期
    45.     }
    46.     I2C_SDA = 1;   //8位数据发送完后，主机释放SDA，以检测从机应答
    47.     I2CDelay();
    48.     I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    49.     ack = I2C_SDA; //读取此时的SDA值，即为从机的应答值
    50.     I2CDelay();
    51.     I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线
    52.  
    53.     return (~ack); //应答值取反以符合通常的逻辑：
    54.                    //0=不存在或忙或写入失败，1=存在且空闲或写入成功
    55. }
    56. /* I2C总线读操作，并发送非应答信号，返回值-读到的字节 */
    57. unsigned char I2CReadNAK()
    58. {
    59.     unsigned char mask;
    60.     unsigned char dat;
    61.  
    62.     I2C_SDA = 1;  //首先确保主机释放SDA
    63.     for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行
    64.     {
    65.         I2CDelay();
    66.         I2C_SCL = 1;      //拉高SCL
    67.         if(I2C_SDA == 0)  //读取SDA的值
    68.             dat &= ~mask; //为0时，dat中对应位清零
    69.         else
    70.             dat |= mask;  //为1时，dat中对应位置1
    71.         I2CDelay();
    72.         I2C_SCL = 0;      //再拉低SCL，以使从机发送出下一位
    73.     }
    74.     I2C_SDA = 1;   //8位数据发送完后，拉高SDA，发送非应答信号
    75.     I2CDelay();
    76.     I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    77.     I2CDelay();
    78.     I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成非应答位，并保持住总线
    79.  
    80.     return dat;
    81. }
    82. /* I2C总线读操作，并发送应答信号，返回值-读到的字节 */
    83. unsigned char I2CReadACK()
    84. {
    85.     unsigned char mask;
    86.     unsigned char dat;
    87.  
    88.     I2C_SDA = 1;  //首先确保主机释放SDA
    89.     for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行
    90.     {
    91.         I2CDelay();
    92.         I2C_SCL = 1;      //拉高SCL
    93.         if(I2C_SDA == 0)  //读取SDA的值
    94.             dat &= ~mask; //为0时，dat中对应位清零
    95.         else
    96.             dat |= mask;  //为1时，dat中对应位置1
    97.         I2CDelay();
    98.         I2C_SCL = 0;      //再拉低SCL，以使从机发送出下一位
    99.     }
    100.     I2C_SDA = 0;   //8位数据发送完后，拉低SDA，发送应答信号
    101.     I2CDelay();
    102.     I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    103.     I2CDelay();
    104.     I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线
    105.  
    106.     return dat;
    107. }

    按照E²PROM读写流程写的程序

    1. /* 读取EEPROM中的一个字节，addr-字节地址 */
    2. unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr)
    3. {
    4.     unsigned char dat;
    5.     
    6.     I2CStart();
    7.     I2CWrite(0x50<<1); //寻址器件，后续为写操作
    8.     I2CWrite(addr);    //写入存储地址
    9.     I2CStart();        //发送重复启动信号
    10.     I2CWrite((0x50<<1)|0x01); //寻址器件，后续为读操作
    11.     dat = I2CReadNAK();       //读取一个字节数据
    12.     I2CStop();
    13.     
    14.     return dat;
    15. }
    16. /* 向EEPROM中写入一个字节，addr-字节地址 */
    17. void E2WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat)
    18. {
    19.     I2CStart();
    20.     I2CWrite(0x50<<1); //寻址器件，后续为写操作
    21.     I2CWrite(addr);    //写入存储地址
    22.     I2CWrite(dat);     //写入一个字节数据
    23.     I2CStop();
    24. }

    多字节读写程序

    1. /* E2读取函数，buf-数据接收指针，addr-E2中的起始地址，len-读取长度 */
    2. void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len)
    3. {
    4.     do {                       //用寻址操作查询当前是否可进行读写操作
    5.         I2CStart();
    6.         if (I2CWrite(0x50<<1)) //应答则跳出循环，非应答则进行下一次查询
    7.         {
    8.             break;
    9.         }
    10.         I2CStop();
    11.     } while(1);
    12.     I2CWrite(addr);            //写入起始地址
    13.     I2CStart();                //发送重复启动信号
    14.     I2CWrite((0x50<<1)|0x01);  //寻址器件，后续为读操作
    15.     while (len > 1)            //连续读取len-1个字节
    16.     {
    17.         *buf++ = I2CReadACK(); //最后字节之前为读取操作+应答
    18.         len--;
    19.     }
    20.     *buf = I2CReadNAK();       //最后一个字节为读取操作+非应答
    21.     I2CStop();
    22. }
    23. /* E2写入函数，buf-源数据指针，addr-E2中的起始地址，len-写入长度 */
    24. void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len)
    25. {
    26.     while (len--)
    27.     {
    28.         do {                       //用寻址操作查询当前是否可进行读写操作
    29.             I2CStart();
    30.             if (I2CWrite(0x50<<1)) //应答则跳出循环，非应答则进行下一次查询
    31.             {
    32.                 break;
    33.             }
    34.             I2CStop();
    35.         } while(1);
    36.         I2CWrite(addr++);  //写入起始地址
    37.         I2CWrite(*buf++);  //写入一个字节数据
    38.         I2CStop();         //结束写操作，以等待写入完成
    39.     }
    40. }

    按页写程序

    读的程序没有改变，依旧是一个字节一个字节的读取

    1. /* E2写入函数，buf-源数据指针，addr-E2中的起始地址，len-写入长度 */
    2. void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len)
    3. {
    4.     while (len > 0)
    5.     {
    6.         //等待上次写入操作完成
    7.         do {                       //用寻址操作查询当前是否可进行读写操作
    8.             I2CStart();
    9.             if (I2CWrite(0x50<<1)) //应答则跳出循环，非应答则进行下一次查询
    10.             {
    11.                 break;
    12.             }
    13.             I2CStop();
    14.         } while(1);
    15.         //按页写模式连续写入字节
    16.         I2CWrite(addr);           //写入起始地址
    17.         while (len > 0)
    18.         {
    19.             I2CWrite(*buf++);     //写入一个字节数据
    20.             len--;                //待写入长度计数递减
    21.             addr++;               //E2地址递增
    22.             if ((addr&0x07) == 0) //检查地址是否到达页边界，24C02每页8字节，
    23.             {                     //所以检测低3位是否为零即可
    24.                 break;            //到达页边界时，跳出循环，结束本次写操作
    25.             }
    26.         }
    27.         I2CStop();
    28.     }
    29. }

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