I2C串行接口技術(shù)課件

串行接口技術(shù)I2C串行總線I2C串行總線是Philips公司提出的一種板內(nèi)芯片間串行總線。它用兩根連線即可方便地實(shí)現(xiàn)外圍器件擴(kuò)展。I2C總線上數(shù)據(jù)傳送的基本單位為字節(jié)，采用高位在前的格式。主從器件之間一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為一幀，由啟動(dòng)信號(hào)、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和應(yīng)答位以及停止信號(hào)組成。串行接口技術(shù)I2C串行總線1第6章串行接口技術(shù)I2C串行總線原理與應(yīng)用串行單總線原理與應(yīng)用串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器I2C總線鍵盤/顯示器接口芯片ZLG7290I2C總線串行8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器MAX517基于I2C總線的ADS1100型16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器第6章串行接口技術(shù)I2C串行總線原理與應(yīng)用2I2C串行總線原理與應(yīng)用I2C串行總線的組成與工作原理I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)I2C串行總線器件應(yīng)用舉例實(shí)踐與思考I2C串行總線原理與應(yīng)用I2C串行總線的組成與工作原理3I2C串行總線的組成與工作原理

I2C串行總線的基本特性I2C總線的數(shù)據(jù)傳送I2C串行總線的組成與工作原理

4I2C串行總線的基本特性I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線仲裁和高低速器件同步功能的高性能串行總線。它具有如下基本特性。I2C串行總線只有兩根雙向信號(hào)線I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線I2C總線的SDA和SCL是雙向的，均通過上拉電阻接正電源I2C總線的總線仲裁I2C串行總線的基本特性I2C總線是Philips公司推出的5I2C串行總線只有兩根雙向信號(hào)線一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有連接到I2C總線上的器件的數(shù)據(jù)線都接到SDA線上，各器件的時(shí)鐘線均接到SCL線上。I2C總線的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。I2C串行總線只有兩根雙向信號(hào)線一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根6I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線總線上可以有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)，總線運(yùn)行由主機(jī)控制。這里所說的主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)、傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出終止信號(hào)的器件。通常，主機(jī)由各種單片機(jī)或其他微處理器充當(dāng)。被主機(jī)尋訪的器件叫從機(jī)，它可以是各種單片機(jī)或其他微處理器，也可以是其他器件，如存儲(chǔ)器、LED或LCD驅(qū)動(dòng)器、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘日歷器件等。I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線總線上可以有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)，總線運(yùn)7I2C總線的SDA和SCL是雙向的

均通過上拉電阻接正電源如圖所示，當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的器件（相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)）的輸出級(jí)必須是漏極或集電極開路的，任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)SDA線上各器件間數(shù)據(jù)的傳輸起同步作用。SDA線上數(shù)據(jù)的起始、終止及數(shù)據(jù)的有效性均要根據(jù)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)來判斷。在標(biāo)準(zhǔn)I2C普通模式下，數(shù)據(jù)的傳輸率為100Kbps，高速模式下可達(dá)400Kbps。連接的器件越多，電容值越大，總線上允許的器件數(shù)以總線上的電容量不超過400pF為限。I2C總線的SDA和SCL是雙向的

均通過上拉電阻接正電源8I2C總線的總線仲裁在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。首先，不同主器件（欲發(fā)送數(shù)據(jù)的器件）分別發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)在SCL線上“線與”產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘：其低電平時(shí)間為周期最長的主器件的低電平時(shí)間，高電平時(shí)間則是周期最短主器件的高電平時(shí)間。仲裁的方法是：各主器件在各自時(shí)鐘的高電平期間送出各自要發(fā)送的數(shù)據(jù)到SDA線上，并在SCL的高電平期間檢測SDA線上的數(shù)據(jù)是否與自己發(fā)出的數(shù)據(jù)相同。I2C總線的總線仲裁在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟9I2C總線的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定起始和終止信號(hào)數(shù)據(jù)傳送格式I2C總線的時(shí)序特性I2C總線的尋址I2C總線的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定10數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定。只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電工狀態(tài)才允許變化，如圖所示。數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平11起始和終止信號(hào)根據(jù)I2C總線協(xié)議的規(guī)定，SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。起始和終止信號(hào)如圖所示。起始和終止信號(hào)根據(jù)I2C總線協(xié)議的規(guī)定，SCL線為高電平期12數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答利用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，傳送的字節(jié)數(shù)是沒有限制的，但是每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位），如圖所示：應(yīng)答時(shí)序圖數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答利用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳13數(shù)據(jù)傳送格式（2）數(shù)據(jù)幀格式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過程中不變。P數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A0從機(jī)地址S主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。P數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A1從機(jī)地址SA在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反向。P數(shù)據(jù)A1從機(jī)地址S數(shù)據(jù)A0從機(jī)地址S注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送格式（2）數(shù)據(jù)幀格式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可14I2C總線的時(shí)序特性為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。I2C總線的起始信號(hào)、終止信號(hào)、發(fā)送“0”及發(fā)送“1”的模擬時(shí)序如圖所示。典型信號(hào)時(shí)序圖I2C總線的時(shí)序特性為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)I2C總線15I2C總線的時(shí)序特性下表為I2C總線的時(shí)序特性。由表可見，除了SDA、SCL線的信號(hào)下降時(shí)間為最大值外，其他參數(shù)只有最小值。這表明在I2C總線的數(shù)據(jù)傳送中，可以利用時(shí)鐘同步機(jī)制展寬低電平周期，迫使主器件處于等待狀態(tài)，使傳送速率降低。參數(shù)說明符號(hào)最小值最大值單位新的起始信號(hào)前總線必須的空閑時(shí)間TBUF4.7—s起始信號(hào)保持時(shí)間THD:STA4.0—s時(shí)鐘的低電平時(shí)間TLOW4.7—s時(shí)鐘的高電平時(shí)間THIGH4.0—s起始信號(hào)建立時(shí)間（僅對(duì)重復(fù)起始信號(hào)）TSU:STA4.0—s數(shù)據(jù)建立時(shí)間TSU:DAT250—nsSDA、SCL線的信號(hào)下降時(shí)間TF—300ns終止信號(hào)建立時(shí)間TSU:STO4.7—sI2C總線的時(shí)序特性下表為I2C總線的時(shí)序特性。由表可見，除16I2C總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。（1）尋址字節(jié)的位定義D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/W位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。I2C總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址17I2C總線的尋址（2）尋址字節(jié)中的特殊地址總線規(guī)定了一些特殊地址。其中兩組固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途，如表所示。R/十位從機(jī)地址×0××1111×1××1111×1××0000保留×0110000為不同總線的保留地址×0100000CBUS地址×0010000起始字節(jié)10000000通用呼叫地址00000000意義地址位I2C總線的尋址（2）尋址字節(jié)中的特殊地址總線規(guī)定了一些特18I2C總線的尋址起始信號(hào)后第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，稱為通用呼叫地址，即用于尋訪接到I2C總線上所有器件的地址。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說明。格式為：00000000A×××××××BA第二字節(jié)為06H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址的從機(jī)器件復(fù)位，并由硬件裝入從機(jī)地址的可編程部分。能響應(yīng)命令的從機(jī)器件復(fù)位時(shí)不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。第二字節(jié)為04H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址并通過硬件來定義其可編程地址的從機(jī)器件將鎖定地址中的可編程位，但不進(jìn)行復(fù)位。如果第二字節(jié)的方向位B為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱為硬件通用呼叫命令。也就是說這是由“硬件主器件”發(fā)出的。I2C總線的尋址起始信號(hào)后第一字節(jié)的8位為“000000019I2C總線的尋址所謂硬件主器件，就是不能發(fā)送所要尋訪從器件地址的發(fā)送器，如鍵盤掃描器等。制造這種器件時(shí)無法知道信息應(yīng)向哪兒傳送，所以，它發(fā)出硬件呼叫命令，在這第二字節(jié)的高7位說明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機(jī)或其他微處理器能識(shí)別這個(gè)地址，并與之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機(jī)使用時(shí)，也用這個(gè)地址作為從機(jī)地址。格式為：S00000000A主機(jī)地址1A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)AP在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復(fù)位時(shí)硬件主機(jī)器件工作在從機(jī)接收器方式，這時(shí)由系統(tǒng)中的主機(jī)先告訴硬件主機(jī)器件數(shù)據(jù)應(yīng)送往的從機(jī)器件地址，當(dāng)硬件主機(jī)器件要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就可以直接向指定從機(jī)器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。I2C總線的尋址所謂硬件主器件，就是不能發(fā)送所要尋訪從器件地20I2C總線的尋址（3）起始字節(jié)起始字節(jié)是提供給沒有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。于是單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度存在較大的差別，因此I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長的起始過程加以引導(dǎo)，如圖所示。起始引導(dǎo)字節(jié)I2C總線的尋址（3）起始字節(jié)起始字節(jié)是提供給沒有I2C總21I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)分兩種情況：一種是單片機(jī)自身帶有I2C總線硬件接口，另一種是早期單片機(jī)不含I2C總線硬件接口。Philips公司推出的P89C66X系列單片機(jī)內(nèi)含I2C總線邏輯，提供了符合I2C總線規(guī)范的串行接口，具有性能穩(wěn)定、速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)；而Philips公司推出的P8XC552、P8XC654以及P8XC652系列單片機(jī)不具有I2C總線邏輯，在外接I2C總線接口器件，需要模擬實(shí)現(xiàn)。P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口

I2C總線模擬硬件接口軟件設(shè)計(jì)I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)分兩種情況22P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口1.引腳設(shè)計(jì)P89C66X系列單片機(jī)有44腳PLCC和LQFP兩種封裝，其中P1.6/SCL和P1.7/SDA分別為I2C總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，且因?yàn)樾酒瑑?nèi)部采用漏級(jí)開路工藝，所以當(dāng)用戶將這兩個(gè)引腳用做I2C總線接口時(shí)，需外接上拉電阻，如圖所示。P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口引腳圖P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口1.引腳設(shè)計(jì)P8923P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口2.P89C66X系列單片機(jī)I2C總線的控制寄存器P89C66X系列單片機(jī)內(nèi)部與I2C總線有關(guān)的寄存器共有4個(gè)，通過對(duì)這4個(gè)寄存器的編程實(shí)現(xiàn)I2C總線功能，如表所示：名稱寄存器符號(hào)說明地址寄存器S1ADR該寄存器用于保存單片機(jī)本身的從地址數(shù)據(jù)寄存器S1DAT該寄存器用于保存發(fā)送或接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)控制寄存器S1CON該寄存器用于I2C總線的設(shè)置狀態(tài)寄存器S1STA該寄存器用于顯示當(dāng)前I2C總線的狀態(tài)P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口2.P89C66X系24地址寄存器（S1ADR）該寄存器用于保存單片機(jī)本身的從地址，CPU可以對(duì)該寄存器進(jìn)行讀寫操作。其中高7位為地址本身，最低位為通用地址識(shí)別標(biāo)志GC。當(dāng)單片機(jī)作為主器件存在時(shí)，該寄存器不起作用；當(dāng)單片機(jī)作為從器件存在的時(shí)候，接收到的地址字節(jié)的高7位將與S1ADR的值相比較，如果相同則接收后面的數(shù)據(jù)信息。此外，如果通用地址識(shí)別標(biāo)志GC為0，單片機(jī)不識(shí)別通用調(diào)用地址（如廣播地址）；GC為1時(shí)，單片機(jī)識(shí)別通用調(diào)用地址。地址寄存器（S1ADR）該寄存器用于保存單片機(jī)本身的從地址25控制寄存器（S1CON）該寄存器用于對(duì)I2C總線進(jìn)行設(shè)置，各功能位含義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0CR2ENS1STASTOSIAACR1CR0ENS1：I2C總線使能位。當(dāng)ENS1為0時(shí)，SDA和SCL輸出為高阻狀態(tài)；當(dāng)ENS1為1時(shí)，I2C總線使能。STA：I2C總線起始條件標(biāo)志位。當(dāng)STA為0時(shí)，單片機(jī)不產(chǎn)生起始條件，當(dāng)STA為1時(shí)，單片機(jī)首先利用硬件檢測I2C總線狀態(tài)。STO：I2C總線停止條件標(biāo)志位。當(dāng)STO為0時(shí)，單片機(jī)不產(chǎn)生停止條件；當(dāng)STO為1時(shí)，如果單片機(jī)處于主模式，則立刻向I2C總線發(fā)送停止條件，如果單片機(jī)處于從模式，則可以從錯(cuò)誤條件中恢復(fù)出來。STO位可由硬件清零?？刂萍拇嫫鳎⊿1CON）該寄存器用于對(duì)I2C總線進(jìn)行設(shè)置，26控制寄存器（S1CON）SI：串行中斷標(biāo)志位。當(dāng)SI標(biāo)志位置位，并且EA和ES1都置位時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。單片機(jī)就可以對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成后，SI必須由軟件清零。AA：聲明應(yīng)答標(biāo)志位。當(dāng)AA為1時(shí)，如果器件接收到自身的從地址（或廣播地址），或者接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)之后，將會(huì)在SCL的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖期間保持SDA為低電平，即發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)AA為0時(shí)，器件接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)之后，在SCL的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖期間保持SDA為高電平，即發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)。CR0、CR1和CR2：串行時(shí)鐘速率選擇位。這3位決定了器件在主模式下的串行時(shí)鐘速率，其值與單片機(jī)工作頻率有關(guān)，如下表所示。控制寄存器（S1CON）SI：串行中斷標(biāo)志位。當(dāng)SI標(biāo)志位置27控制寄存器（S1CON）CR2CR1CR0單片機(jī)時(shí)鐘頻率分頻數(shù)6MHz12MHz16MHz000234762.5256001275471224010316383.319201137751001601006.2512.51796010150100133120110100200267601110.24～6.250.49～62.50.65～55.6定時(shí)器在模式2時(shí)的重裝數(shù)值I2C總線串行時(shí)鐘速率選擇速率單位：kHz控制寄存器（S1CON）CR2CR1CR0單片機(jī)時(shí)鐘頻率分28狀態(tài)寄存器（S1STA）狀態(tài)寄存器S1STA用于顯示當(dāng)前I2C總線的狀態(tài)，該寄存器是只讀的。寄存器的低3位始終為0，高5位為總線狀態(tài)編碼。總線共有26種可能的狀態(tài)。每種狀態(tài)都有一種固定的狀態(tài)編碼?？偩€每進(jìn)入一個(gè)狀態(tài)都會(huì)產(chǎn)生串行中斷請(qǐng)求，并將SI置位，SI置位一個(gè)機(jī)器周期后，當(dāng)前S1STA中代碼有效。在SI由軟件復(fù)位的一個(gè)機(jī)器周期之后，此代碼仍然存在。狀態(tài)寄存器（S1STA）狀態(tài)寄存器S1STA用于顯示當(dāng)前I29P89C66X系列單片機(jī)

I2C總線接口的軟件設(shè)計(jì)（1）主模式程序設(shè)計(jì)。主模式程序設(shè)計(jì)包括以下幾項(xiàng)：申請(qǐng)占用總線；發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)；向無子地址器件發(fā)送單字節(jié)數(shù)據(jù)；向無子地址讀字節(jié)數(shù)據(jù)；向有子地址器件發(fā)送和接收多字節(jié)數(shù)據(jù)。（2）從模式程序設(shè)計(jì)。從模式程序設(shè)計(jì)包括：設(shè)置總線；發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)；接收字節(jié)數(shù)據(jù)。3.P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口的軟件設(shè)計(jì)P89C66X系列單片機(jī)

I2C總線接口的軟件設(shè)計(jì)（1）主30I2C總線模擬硬件接口軟件設(shè)計(jì)使用硬件接口進(jìn)行I2C總線設(shè)計(jì)，要使用具有I2C總線硬件接口的單片機(jī)。對(duì)通常的單片機(jī)，要支持I2C總線，可以選擇外接I2C總線芯片，但這要增加系統(tǒng)的整體成本，另一種解決方案是使用軟件模擬，使用程序控制實(shí)現(xiàn)I2C總線的時(shí)序。首先可定義P1口任意兩個(gè)引腳作為單片機(jī)I2C總線的SCL和SDA，然后再編程實(shí)現(xiàn)I2C功能。下面介紹一個(gè)主方式下的虛擬I2C總線軟件包。匯編軟件包說明軟件包程序清單I2C總線模擬硬件接口軟件設(shè)計(jì)使用硬件接口進(jìn)行I2C總線設(shè)31匯編軟件包說明虛擬I2C總線操作平臺(tái)軟件包是用在單主I2C總線上，硬件接口是SCL、SDA，使用單片機(jī)的I/O口來模擬SCL/SDA總線。根據(jù)I2C總線器件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)無子地址和有子地址子程序。（1）軟件包文件名。軟件包文件名是VI2C_ASM.ASM，是I2C總線應(yīng)用程序的底層子程序，使用前要定義好SCL和SDA。在標(biāo)準(zhǔn)80C51模式下，時(shí)鐘頻率不高于12MHz，若高于12MHz，則在程序中要相應(yīng)增加NOP指令數(shù)。使用本軟件包時(shí)，只需在程序的末尾加上$INCLUDE（VI2C_ASM.ASM）即可。（2）軟件包的接口界面。IRDBYTE無子地址讀單字節(jié)數(shù)據(jù)（現(xiàn)行地址讀）IWRBYTE無子地址寫單字節(jié)數(shù)據(jù)（現(xiàn)行地址寫）IRDNBYTE有子地址讀N字節(jié)數(shù)據(jù)IWRNBYTE有子地址寫N字節(jié)數(shù)據(jù)說明：現(xiàn)行地址讀/寫是專指無子地址的器件，不需給定子地址的讀/寫操作。匯編軟件包說明虛擬I2C總線操作平臺(tái)軟件包是用在單主I2C總32匯編軟件包說明（3）軟件包占用的內(nèi)部資源。R0、R1、R2、R3、ACC、CY。（4）使用前需定義的變量、常量。變量：SLA（器件從地址）、SUBA（器件子地址）、NUMBYTE（讀/寫的字節(jié)數(shù)）、ACK（位變量，從器件的應(yīng)答標(biāo)志，ACK為0表示從器件無應(yīng)答）。常量：SDA與SCL總線接口位、MTD（發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址）、MRD（接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址）。匯編軟件包說明（3）軟件包占用的內(nèi)部資源。R0、R1、R2、33軟件包程序清單（1）啟動(dòng)I2C總線子程序（2）結(jié)束總線子程序（3）發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序（4）發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)（5）檢查應(yīng)答位子程序（6）發(fā)送字節(jié)子程序（7）讀取字節(jié)子程序（8）無子地址器件寫字節(jié)數(shù)據(jù)（9）無子地址器件讀字節(jié)數(shù)據(jù)（10）向器件指定子地址寫N個(gè)數(shù)據(jù)（11）向器件指定子地址讀取N個(gè)數(shù)據(jù)軟件包程序清單（1）啟動(dòng)I2C總線子程序34啟動(dòng)I2C總線子程序START:SETBSDANOPSETBSCL ；起始條件建立時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPNOPNOPCLRSDANOP ；起始條件鎖定時(shí)大于4sNOPNOPNOPNOPCLRSCL ；鉗住總線，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)NOPRET啟動(dòng)I2C總線子程序START:SETBSDA35結(jié)束總線子程序STOP:CLRSDANOPSETBSCL ；發(fā)送結(jié)束條件的時(shí)鐘信號(hào)NOP ；結(jié)束總線時(shí)間大于4sNOPNOPNOPNOPSETBSDA ；結(jié)束總線NOP ；保證一個(gè)終止信號(hào)和起始信號(hào)的空閑時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPRET結(jié)束總線子程序STOP:CLRSDA36發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序MACK:CLR SDA ；將SDA置0NOPNOPSETB SCLNOP ；保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，即SCL為高時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPNOPCLR SCLNOPNOPRET發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序MACK:CLR SDA37發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)MNACK:SETB SDA ；將SDA置1NOPNOPSETB SCLNOP NOP ；保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，即SCL為高時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPCLRSCLNOPNOPRET發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)MNACK:SETB SDA38檢查應(yīng)答位子程序；返回值，ACK=1時(shí)表示有應(yīng)答CACK:SETBSDANOPNOPSETBSCLCLRACKNOPNOPMOVC，SDAJCCENDSETBACK ；判斷應(yīng)答位CEND:NOPCLRSCLNOPRET檢查應(yīng)答位子程序；返回值，ACK=1時(shí)表示有應(yīng)答39發(fā)送字節(jié)子程序；字節(jié)數(shù)據(jù)放入ACC；每發(fā)送一字節(jié)要調(diào)用一次CACK子程序，取應(yīng)答位WRBYTE:MOVR0，#08HWLP:RLCA ；取數(shù)據(jù)位JCWR1SJMPWR0 ；判斷數(shù)據(jù)位WLP1:DJNZR0，WLPNOPRETWR1:SETBSDA ；發(fā)送1NOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOP

NOPNOPNOPCLRSCLSJMPWLP1WR0:CLRSDA；發(fā)送0NOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOPCLRSCLSJMPWLP1發(fā)送字節(jié)子程序；字節(jié)數(shù)據(jù)放入ACC40讀取字節(jié)子程序；讀出的值在ACC內(nèi)；每取一字節(jié)要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答/非應(yīng)答信號(hào)RDBYTE:MOVR0，#08HRLP:SETBSDANOPSETBSCL ；時(shí)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(shí)間大于4.7sRLCA ；進(jìn)行數(shù)據(jù)位的處理MOVR2，ANOPNOPNOPDJNZR0，RLP ；未夠8位，再來一次RET讀取字節(jié)子程序；讀出的值在ACC內(nèi)41無子地址器件寫字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):數(shù)據(jù)為ACC、器件從地址SLA；占用:A、R0、CYIWRBYTE:PUSHACCIWBLOOP:LCALLSTART ；起動(dòng)總線MOVA，SLALCALLWRBYTE ；發(fā)送器件從地址LCALLCACKJNBACK，RETWRB ；無應(yīng)答則跳轉(zhuǎn)POPACC ；寫數(shù)據(jù)LCALLWRBYTELCALLCACKLCALLSTOPRETRETWRB:POPACCLCALLSTOPRET無子地址器件寫字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):數(shù)據(jù)為ACC、器件從地42無子地址器件讀字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SLA；出口參數(shù):數(shù)據(jù)為ACC；占用A、R0、R2、CYIRDBYTE: LCALLSTART MOVA，SLA ；發(fā)送器件從地址 INCA LCALLWRBYTE LCALLCACK JNBACK，RETRDB LCALLRDBYTE ；進(jìn)行讀字節(jié)操作 LCALLMNACK ；發(fā)送非應(yīng)信號(hào)RETRDB: LCALLSTOP ；結(jié)束總線 RET無子地址器件讀字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SLA43向器件指定子地址寫N個(gè)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SLA、器件子地址SUBA、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)MTD、發(fā)送字節(jié)數(shù)NUMBYTE；占用：A、R0、R1、R3、CYIWRNBYTE:MOVA，NUMBYTEMOVR3，ALCALLSTART；起動(dòng)總線MOVA，SLALCALLWRBYTE；發(fā)送器件從地址LCALLCACKJNBACK，RETWRN；無應(yīng)答則退出MOVA，SUBA；指定子地址LCALLWRBYTELCALLCACKMOVR1，#MTDWRDA:MOVA，@R1LCALLWRBYTE ；開始寫入數(shù)據(jù)LCALLCACKJNBACK，IWRNBYTE；無應(yīng)答重新開始INCR1DJNZR3，WRDA ；判斷寫完沒有RETWRN:LCALLSTOPRET向器件指定子地址寫N個(gè)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SLA44向器件指定子地址讀取N個(gè)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SLA、器件子地址SUBA、接收字節(jié)數(shù)NUMBYTE；出口參數(shù):接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)MTD；占用：A、R0、R1、R2、R3、CYIRDNBYTE: MOVR3，NUMBYTE LCALLSTART MOVA，SLA LCALLWRBYTE ；發(fā)送器件從地址 LCALLCACK JNBACK，RETRDN MOVA，SUBA ；指定子地址 LCALLWRBYTE LCALLCACK LCALLSTART ；重新起動(dòng)總線 MOVA，SLA INCA ；準(zhǔn)備進(jìn)行讀操作 LCALLWRBYTE LCALLCACK JNBACK，IRDNBYTE MOVR1，#MRD向器件指定子地址讀取N個(gè)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SL45向器件指定子地址讀取N個(gè)數(shù)據(jù)RDN1: LCALLRDBYTE；讀操作開始 MOV@R1，A DJNZR3，SACK LCALLMNACK ；最后一字節(jié)發(fā)非應(yīng)答位RETRDN: LCALLSTOP ；并結(jié)束總線 RETSACK: LCALLMACK ；發(fā)應(yīng)答信號(hào) INCR1 SJMPRDN1向器件指定子地址讀取N個(gè)數(shù)據(jù)RDN1: LCAL46I2C串行總線器件帶有I2C總線接口的單片機(jī)外圍接口芯片，主要產(chǎn)品如表所示。雖然各種器件的原理和功能有很大的差異，但它們與單片機(jī)的連接是相同的，各種器件與單片機(jī)的連接如圖所示。公司名稱產(chǎn)品型號(hào)功能PhilipsPCF8553時(shí)鐘/日歷，且?guī)в?56×8RAMPCF8570256×8RAMPCF87548位I/O口MAXIMMAX127/128A/D轉(zhuǎn)換MAX517/518/519D/A轉(zhuǎn)換ATMELAT24C系列RAMNSNM24C系列RAM常用I2C總線器件連接圖I2C串行總線器件帶有I2C總線接口的單片機(jī)外圍接口芯片，47串行E2PROM典型產(chǎn)品AT24C系列的引腳設(shè)置如圖所示，其型號(hào)與容量的關(guān)系為：AT24CXX引腳圖AT24C01：128字節(jié)（128×8位）；AT24C02：256字節(jié)（256×8位）；AT24C04：512字節(jié)（512×8位）；AT24C08：1K字節(jié)（1K×8位）；AT24C16：2K字節(jié)（2K×8位）。串行E2PROM典型產(chǎn)品AT24C系列的引腳設(shè)置如圖所示，48寫入過程AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1010，A2、A1、A0引腳接高、低電平后得到確定的3位編碼，形成的7位編碼即為該器件的地址碼。單片機(jī)進(jìn)行寫操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（共8位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為響應(yīng)，單片機(jī)收到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送被寫入器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址。收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。AT24C系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加1，在芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”（不同芯片字節(jié)數(shù)不同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過芯片的“一次裝載字節(jié)數(shù)”時(shí)，數(shù)據(jù)地址“上卷”，即前面的數(shù)據(jù)將被覆蓋。當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)傳送完后，單片機(jī)應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束寫入操作。寫入n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式如下所示：S器件地址+0A寫入首地址AData1A…DatanAP寫入過程AT24C系列E2PROM芯片地址的固定部分為1049讀出過程單片機(jī)進(jìn)行讀操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫方向位“0”（“偽寫”），發(fā)送完后釋放SDA線并在SCL線上產(chǎn)生第9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在SDA線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為響應(yīng)。然后，單片機(jī)再發(fā)送要讀出器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址。收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)要重復(fù)一次起始信號(hào)并發(fā)出器件地址和讀方向位（“1”），收到器件應(yīng)答后就可以讀出數(shù)據(jù)字節(jié)。每讀出一個(gè)字節(jié)，單片機(jī)都要回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)讀完后，單片機(jī)應(yīng)返回以“非應(yīng)答”（高電平），并發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束讀出操作。讀出n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式如下所示：S器件地址+0A讀出首地址AS器件地址+1AData1A…DatanP讀出過程單片機(jī)進(jìn)行讀操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的7位地址碼和寫50應(yīng)用舉例1.程序功能從PCF87548位I/O口讀取輸入命令字，再根據(jù)命令字做如下操作。（1）若為FFH，則從PCF87548位I/O口輸入地址，再根據(jù)此地址從ATC2402中讀取數(shù)據(jù)，再將讀取存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)送SAA10644位LED顯示，LED1、LED2顯示地址，LED3、LED4顯示讀出的數(shù)據(jù)。（2）若為00H，則寫ATC2402E2PROM。（3）其他值，則進(jìn)行I/O測試。2.第（1）部分程序程序清單應(yīng)用舉例1.程序功能從PCF87548位I/O口讀取輸51實(shí)踐與思考1.按應(yīng)用實(shí)例構(gòu)建硬件系統(tǒng)，編輯、下載與運(yùn)行程序，調(diào)試電路。2.設(shè)計(jì)一個(gè)校園打鈴系統(tǒng)。（1）功能要求。采用圖形LCD顯示日期、時(shí)間與星期，且有節(jié)日顯示標(biāo)志。有溫度檢測功能?？稍O(shè)置30組鬧鈴時(shí)間。從AT24Wxx系列芯片中，選擇一款合適的芯片作為鬧鈴時(shí)間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元。（2）實(shí)踐要求。撰寫工程設(shè)計(jì)報(bào)告。制作電路，并調(diào)試電路。實(shí)踐與思考1.按應(yīng)用實(shí)例構(gòu)建硬件系統(tǒng)，編輯、下載與運(yùn)行程序52串行接口技術(shù)I2C串行總線I2C串行總線是Philips公司提出的一種板內(nèi)芯片間串行總線。它用兩根連線即可方便地實(shí)現(xiàn)外圍器件擴(kuò)展。I2C總線上數(shù)據(jù)傳送的基本單位為字節(jié)，采用高位在前的格式。主從器件之間一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為一幀，由啟動(dòng)信號(hào)、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和應(yīng)答位以及停止信號(hào)組成。串行接口技術(shù)I2C串行總線53第6章串行接口技術(shù)I2C串行總線原理與應(yīng)用串行單總線原理與應(yīng)用串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器I2C總線鍵盤/顯示器接口芯片ZLG7290I2C總線串行8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器MAX517基于I2C總線的ADS1100型16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器第6章串行接口技術(shù)I2C串行總線原理與應(yīng)用54I2C串行總線原理與應(yīng)用I2C串行總線的組成與工作原理I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)I2C串行總線器件應(yīng)用舉例實(shí)踐與思考I2C串行總線原理與應(yīng)用I2C串行總線的組成與工作原理55I2C串行總線的組成與工作原理

I2C串行總線的基本特性I2C總線的數(shù)據(jù)傳送I2C串行總線的組成與工作原理

56I2C串行總線的基本特性I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線仲裁和高低速器件同步功能的高性能串行總線。它具有如下基本特性。I2C串行總線只有兩根雙向信號(hào)線I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線I2C總線的SDA和SCL是雙向的，均通過上拉電阻接正電源I2C總線的總線仲裁I2C串行總線的基本特性I2C總線是Philips公司推出的57I2C串行總線只有兩根雙向信號(hào)線一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。所有連接到I2C總線上的器件的數(shù)據(jù)線都接到SDA線上，各器件的時(shí)鐘線均接到SCL線上。I2C總線的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。I2C串行總線只有兩根雙向信號(hào)線一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根58I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線總線上可以有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)，總線運(yùn)行由主機(jī)控制。這里所說的主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號(hào)）、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)、傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出終止信號(hào)的器件。通常，主機(jī)由各種單片機(jī)或其他微處理器充當(dāng)。被主機(jī)尋訪的器件叫從機(jī)，它可以是各種單片機(jī)或其他微處理器，也可以是其他器件，如存儲(chǔ)器、LED或LCD驅(qū)動(dòng)器、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘日歷器件等。I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線總線上可以有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)，總線運(yùn)59I2C總線的SDA和SCL是雙向的

均通過上拉電阻接正電源如圖所示，當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的器件（相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)）的輸出級(jí)必須是漏極或集電極開路的，任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)SDA線上各器件間數(shù)據(jù)的傳輸起同步作用。SDA線上數(shù)據(jù)的起始、終止及數(shù)據(jù)的有效性均要根據(jù)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)來判斷。在標(biāo)準(zhǔn)I2C普通模式下，數(shù)據(jù)的傳輸率為100Kbps，高速模式下可達(dá)400Kbps。連接的器件越多，電容值越大，總線上允許的器件數(shù)以總線上的電容量不超過400pF為限。I2C總線的SDA和SCL是雙向的

均通過上拉電阻接正電源60I2C總線的總線仲裁在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。首先，不同主器件（欲發(fā)送數(shù)據(jù)的器件）分別發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)在SCL線上“線與”產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘：其低電平時(shí)間為周期最長的主器件的低電平時(shí)間，高電平時(shí)間則是周期最短主器件的高電平時(shí)間。仲裁的方法是：各主器件在各自時(shí)鐘的高電平期間送出各自要發(fā)送的數(shù)據(jù)到SDA線上，并在SCL的高電平期間檢測SDA線上的數(shù)據(jù)是否與自己發(fā)出的數(shù)據(jù)相同。I2C總線的總線仲裁在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟61I2C總線的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定起始和終止信號(hào)數(shù)據(jù)傳送格式I2C總線的時(shí)序特性I2C總線的尋址I2C總線的數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定62數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定。只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電工狀態(tài)才允許變化，如圖所示。數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平63起始和終止信號(hào)根據(jù)I2C總線協(xié)議的規(guī)定，SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。起始和終止信號(hào)如圖所示。起始和終止信號(hào)根據(jù)I2C總線協(xié)議的規(guī)定，SCL線為高電平期64數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答利用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，傳送的字節(jié)數(shù)是沒有限制的，但是每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位），如圖所示：應(yīng)答時(shí)序圖數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答利用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳65數(shù)據(jù)傳送格式（2）數(shù)據(jù)幀格式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式：主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過程中不變。P數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A0從機(jī)地址S主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。P數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)A1從機(jī)地址SA在傳送過程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反向。P數(shù)據(jù)A1從機(jī)地址S數(shù)據(jù)A0從機(jī)地址S注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送格式（2）數(shù)據(jù)幀格式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可66I2C總線的時(shí)序特性為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。I2C總線的起始信號(hào)、終止信號(hào)、發(fā)送“0”及發(fā)送“1”的模擬時(shí)序如圖所示。典型信號(hào)時(shí)序圖I2C總線的時(shí)序特性為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)I2C總線67I2C總線的時(shí)序特性下表為I2C總線的時(shí)序特性。由表可見，除了SDA、SCL線的信號(hào)下降時(shí)間為最大值外，其他參數(shù)只有最小值。這表明在I2C總線的數(shù)據(jù)傳送中，可以利用時(shí)鐘同步機(jī)制展寬低電平周期，迫使主器件處于等待狀態(tài)，使傳送速率降低。參數(shù)說明符號(hào)最小值最大值單位新的起始信號(hào)前總線必須的空閑時(shí)間TBUF4.7—s起始信號(hào)保持時(shí)間THD:STA4.0—s時(shí)鐘的低電平時(shí)間TLOW4.7—s時(shí)鐘的高電平時(shí)間THIGH4.0—s起始信號(hào)建立時(shí)間（僅對(duì)重復(fù)起始信號(hào)）TSU:STA4.0—s數(shù)據(jù)建立時(shí)間TSU:DAT250—nsSDA、SCL線的信號(hào)下降時(shí)間TF—300ns終止信號(hào)建立時(shí)間TSU:STO4.7—sI2C總線的時(shí)序特性下表為I2C總線的時(shí)序特性。由表可見，除68I2C總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。（1）尋址字節(jié)的位定義D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/W位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。I2C總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址69I2C總線的尋址（2）尋址字節(jié)中的特殊地址總線規(guī)定了一些特殊地址。其中兩組固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途，如表所示。R/十位從機(jī)地址×0××1111×1××1111×1××0000保留×0110000為不同總線的保留地址×0100000CBUS地址×0010000起始字節(jié)10000000通用呼叫地址00000000意義地址位I2C總線的尋址（2）尋址字節(jié)中的特殊地址總線規(guī)定了一些特70I2C總線的尋址起始信號(hào)后第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，稱為通用呼叫地址，即用于尋訪接到I2C總線上所有器件的地址。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說明。格式為：00000000A×××××××BA第二字節(jié)為06H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址的從機(jī)器件復(fù)位，并由硬件裝入從機(jī)地址的可編程部分。能響應(yīng)命令的從機(jī)器件復(fù)位時(shí)不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。第二字節(jié)為04H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址并通過硬件來定義其可編程地址的從機(jī)器件將鎖定地址中的可編程位，但不進(jìn)行復(fù)位。如果第二字節(jié)的方向位B為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱為硬件通用呼叫命令。也就是說這是由“硬件主器件”發(fā)出的。I2C總線的尋址起始信號(hào)后第一字節(jié)的8位為“000000071I2C總線的尋址所謂硬件主器件，就是不能發(fā)送所要尋訪從器件地址的發(fā)送器，如鍵盤掃描器等。制造這種器件時(shí)無法知道信息應(yīng)向哪兒傳送，所以，它發(fā)出硬件呼叫命令，在這第二字節(jié)的高7位說明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機(jī)或其他微處理器能識(shí)別這個(gè)地址，并與之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機(jī)使用時(shí)，也用這個(gè)地址作為從機(jī)地址。格式為：S00000000A主機(jī)地址1A數(shù)據(jù)A數(shù)據(jù)AP在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復(fù)位時(shí)硬件主機(jī)器件工作在從機(jī)接收器方式，這時(shí)由系統(tǒng)中的主機(jī)先告訴硬件主機(jī)器件數(shù)據(jù)應(yīng)送往的從機(jī)器件地址，當(dāng)硬件主機(jī)器件要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就可以直接向指定從機(jī)器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。I2C總線的尋址所謂硬件主器件，就是不能發(fā)送所要尋訪從器件地72I2C總線的尋址（3）起始字節(jié)起始字節(jié)是提供給沒有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。于是單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度存在較大的差別，因此I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長的起始過程加以引導(dǎo)，如圖所示。起始引導(dǎo)字節(jié)I2C總線的尋址（3）起始字節(jié)起始字節(jié)是提供給沒有I2C總73I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)分兩種情況：一種是單片機(jī)自身帶有I2C總線硬件接口，另一種是早期單片機(jī)不含I2C總線硬件接口。Philips公司推出的P89C66X系列單片機(jī)內(nèi)含I2C總線邏輯，提供了符合I2C總線規(guī)范的串行接口，具有性能穩(wěn)定、速度快、使用方便等優(yōu)點(diǎn)；而Philips公司推出的P8XC552、P8XC654以及P8XC652系列單片機(jī)不具有I2C總線邏輯，在外接I2C總線接口器件，需要模擬實(shí)現(xiàn)。P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口

I2C總線模擬硬件接口軟件設(shè)計(jì)I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)I2C串行總線的接口設(shè)計(jì)分兩種情況74P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口1.引腳設(shè)計(jì)P89C66X系列單片機(jī)有44腳PLCC和LQFP兩種封裝，其中P1.6/SCL和P1.7/SDA分別為I2C總線的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，且因?yàn)樾酒瑑?nèi)部采用漏級(jí)開路工藝，所以當(dāng)用戶將這兩個(gè)引腳用做I2C總線接口時(shí)，需外接上拉電阻，如圖所示。P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口引腳圖P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口1.引腳設(shè)計(jì)P8975P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口2.P89C66X系列單片機(jī)I2C總線的控制寄存器P89C66X系列單片機(jī)內(nèi)部與I2C總線有關(guān)的寄存器共有4個(gè)，通過對(duì)這4個(gè)寄存器的編程實(shí)現(xiàn)I2C總線功能，如表所示：名稱寄存器符號(hào)說明地址寄存器S1ADR該寄存器用于保存單片機(jī)本身的從地址數(shù)據(jù)寄存器S1DAT該寄存器用于保存發(fā)送或接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)控制寄存器S1CON該寄存器用于I2C總線的設(shè)置狀態(tài)寄存器S1STA該寄存器用于顯示當(dāng)前I2C總線的狀態(tài)P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口2.P89C66X系76地址寄存器（S1ADR）該寄存器用于保存單片機(jī)本身的從地址，CPU可以對(duì)該寄存器進(jìn)行讀寫操作。其中高7位為地址本身，最低位為通用地址識(shí)別標(biāo)志GC。當(dāng)單片機(jī)作為主器件存在時(shí)，該寄存器不起作用；當(dāng)單片機(jī)作為從器件存在的時(shí)候，接收到的地址字節(jié)的高7位將與S1ADR的值相比較，如果相同則接收后面的數(shù)據(jù)信息。此外，如果通用地址識(shí)別標(biāo)志GC為0，單片機(jī)不識(shí)別通用調(diào)用地址（如廣播地址）；GC為1時(shí)，單片機(jī)識(shí)別通用調(diào)用地址。地址寄存器（S1ADR）該寄存器用于保存單片機(jī)本身的從地址77控制寄存器（S1CON）該寄存器用于對(duì)I2C總線進(jìn)行設(shè)置，各功能位含義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0CR2ENS1STASTOSIAACR1CR0ENS1：I2C總線使能位。當(dāng)ENS1為0時(shí)，SDA和SCL輸出為高阻狀態(tài)；當(dāng)ENS1為1時(shí)，I2C總線使能。STA：I2C總線起始條件標(biāo)志位。當(dāng)STA為0時(shí)，單片機(jī)不產(chǎn)生起始條件，當(dāng)STA為1時(shí)，單片機(jī)首先利用硬件檢測I2C總線狀態(tài)。STO：I2C總線停止條件標(biāo)志位。當(dāng)STO為0時(shí)，單片機(jī)不產(chǎn)生停止條件；當(dāng)STO為1時(shí)，如果單片機(jī)處于主模式，則立刻向I2C總線發(fā)送停止條件，如果單片機(jī)處于從模式，則可以從錯(cuò)誤條件中恢復(fù)出來。STO位可由硬件清零?？刂萍拇嫫鳎⊿1CON）該寄存器用于對(duì)I2C總線進(jìn)行設(shè)置，78控制寄存器（S1CON）SI：串行中斷標(biāo)志位。當(dāng)SI標(biāo)志位置位，并且EA和ES1都置位時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。單片機(jī)就可以對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成后，SI必須由軟件清零。AA：聲明應(yīng)答標(biāo)志位。當(dāng)AA為1時(shí)，如果器件接收到自身的從地址（或廣播地址），或者接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)之后，將會(huì)在SCL的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖期間保持SDA為低電平，即發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)AA為0時(shí)，器件接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)之后，在SCL的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖期間保持SDA為高電平，即發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)。CR0、CR1和CR2：串行時(shí)鐘速率選擇位。這3位決定了器件在主模式下的串行時(shí)鐘速率，其值與單片機(jī)工作頻率有關(guān)，如下表所示?？刂萍拇嫫鳎⊿1CON）SI：串行中斷標(biāo)志位。當(dāng)SI標(biāo)志位置79控制寄存器（S1CON）CR2CR1CR0單片機(jī)時(shí)鐘頻率分頻數(shù)6MHz12MHz16MHz000234762.5256001275471224010316383.319201137751001601006.2512.51796010150100133120110100200267601110.24～6.250.49～62.50.65～55.6定時(shí)器在模式2時(shí)的重裝數(shù)值I2C總線串行時(shí)鐘速率選擇速率單位：kHz控制寄存器（S1CON）CR2CR1CR0單片機(jī)時(shí)鐘頻率分80狀態(tài)寄存器（S1STA）狀態(tài)寄存器S1STA用于顯示當(dāng)前I2C總線的狀態(tài)，該寄存器是只讀的。寄存器的低3位始終為0，高5位為總線狀態(tài)編碼?？偩€共有26種可能的狀態(tài)。每種狀態(tài)都有一種固定的狀態(tài)編碼?？偩€每進(jìn)入一個(gè)狀態(tài)都會(huì)產(chǎn)生串行中斷請(qǐng)求，并將SI置位，SI置位一個(gè)機(jī)器周期后，當(dāng)前S1STA中代碼有效。在SI由軟件復(fù)位的一個(gè)機(jī)器周期之后，此代碼仍然存在。狀態(tài)寄存器（S1STA）狀態(tài)寄存器S1STA用于顯示當(dāng)前I81P89C66X系列單片機(jī)

I2C總線接口的軟件設(shè)計(jì)（1）主模式程序設(shè)計(jì)。主模式程序設(shè)計(jì)包括以下幾項(xiàng)：申請(qǐng)占用總線；發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)；向無子地址器件發(fā)送單字節(jié)數(shù)據(jù)；向無子地址讀字節(jié)數(shù)據(jù)；向有子地址器件發(fā)送和接收多字節(jié)數(shù)據(jù)。（2）從模式程序設(shè)計(jì)。從模式程序設(shè)計(jì)包括：設(shè)置總線；發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)；接收字節(jié)數(shù)據(jù)。3.P89C66X系列單片機(jī)I2C總線接口的軟件設(shè)計(jì)P89C66X系列單片機(jī)

I2C總線接口的軟件設(shè)計(jì)（1）主82I2C總線模擬硬件接口軟件設(shè)計(jì)使用硬件接口進(jìn)行I2C總線設(shè)計(jì)，要使用具有I2C總線硬件接口的單片機(jī)。對(duì)通常的單片機(jī)，要支持I2C總線，可以選擇外接I2C總線芯片，但這要增加系統(tǒng)的整體成本，另一種解決方案是使用軟件模擬，使用程序控制實(shí)現(xiàn)I2C總線的時(shí)序。首先可定義P1口任意兩個(gè)引腳作為單片機(jī)I2C總線的SCL和SDA，然后再編程實(shí)現(xiàn)I2C功能。下面介紹一個(gè)主方式下的虛擬I2C總線軟件包。匯編軟件包說明軟件包程序清單I2C總線模擬硬件接口軟件設(shè)計(jì)使用硬件接口進(jìn)行I2C總線設(shè)83匯編軟件包說明虛擬I2C總線操作平臺(tái)軟件包是用在單主I2C總線上，硬件接口是SCL、SDA，使用單片機(jī)的I/O口來模擬SCL/SDA總線。根據(jù)I2C總線器件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)無子地址和有子地址子程序。（1）軟件包文件名。軟件包文件名是VI2C_ASM.ASM，是I2C總線應(yīng)用程序的底層子程序，使用前要定義好SCL和SDA。在標(biāo)準(zhǔn)80C51模式下，時(shí)鐘頻率不高于12MHz，若高于12MHz，則在程序中要相應(yīng)增加NOP指令數(shù)。使用本軟件包時(shí)，只需在程序的末尾加上$INCLUDE（VI2C_ASM.ASM）即可。（2）軟件包的接口界面。IRDBYTE無子地址讀單字節(jié)數(shù)據(jù)（現(xiàn)行地址讀）IWRBYTE無子地址寫單字節(jié)數(shù)據(jù)（現(xiàn)行地址寫）IRDNBYTE有子地址讀N字節(jié)數(shù)據(jù)IWRNBYTE有子地址寫N字節(jié)數(shù)據(jù)說明：現(xiàn)行地址讀/寫是專指無子地址的器件，不需給定子地址的讀/寫操作。匯編軟件包說明虛擬I2C總線操作平臺(tái)軟件包是用在單主I2C總84匯編軟件包說明（3）軟件包占用的內(nèi)部資源。R0、R1、R2、R3、ACC、CY。（4）使用前需定義的變量、常量。變量：SLA（器件從地址）、SUBA（器件子地址）、NUMBYTE（讀/寫的字節(jié)數(shù)）、ACK（位變量，從器件的應(yīng)答標(biāo)志，ACK為0表示從器件無應(yīng)答）。常量：SDA與SCL總線接口位、MTD（發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址）、MRD（接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首址）。匯編軟件包說明（3）軟件包占用的內(nèi)部資源。R0、R1、R2、85軟件包程序清單（1）啟動(dòng)I2C總線子程序（2）結(jié)束總線子程序（3）發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序（4）發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)（5）檢查應(yīng)答位子程序（6）發(fā)送字節(jié)子程序（7）讀取字節(jié)子程序（8）無子地址器件寫字節(jié)數(shù)據(jù)（9）無子地址器件讀字節(jié)數(shù)據(jù)（10）向器件指定子地址寫N個(gè)數(shù)據(jù)（11）向器件指定子地址讀取N個(gè)數(shù)據(jù)軟件包程序清單（1）啟動(dòng)I2C總線子程序86啟動(dòng)I2C總線子程序START:SETBSDANOPSETBSCL ；起始條件建立時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPNOPNOPCLRSDANOP ；起始條件鎖定時(shí)大于4sNOPNOPNOPNOPCLRSCL ；鉗住總線，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)NOPRET啟動(dòng)I2C總線子程序START:SETBSDA87結(jié)束總線子程序STOP:CLRSDANOPSETBSCL ；發(fā)送結(jié)束條件的時(shí)鐘信號(hào)NOP ；結(jié)束總線時(shí)間大于4sNOPNOPNOPNOPSETBSDA ；結(jié)束總線NOP ；保證一個(gè)終止信號(hào)和起始信號(hào)的空閑時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPRET結(jié)束總線子程序STOP:CLRSDA88發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序MACK:CLR SDA ；將SDA置0NOPNOPSETB SCLNOP ；保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，即SCL為高時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPNOPCLR SCLNOPNOPRET發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序MACK:CLR SDA89發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)MNACK:SETB SDA ；將SDA置1NOPNOPSETB SCLNOP NOP ；保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，即SCL為高時(shí)間大于4.7sNOPNOPNOPCLRSCLNOPNOPRET發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)MNACK:SETB SDA90檢查應(yīng)答位子程序；返回值，ACK=1時(shí)表示有應(yīng)答CACK:SETBSDANOPNOPSETBSCLCLRACKNOPNOPMOVC，SDAJCCENDSETBACK ；判斷應(yīng)答位CEND:NOPCLRSCLNOPRET檢查應(yīng)答位子程序；返回值，ACK=1時(shí)表示有應(yīng)答91發(fā)送字節(jié)子程序；字節(jié)數(shù)據(jù)放入ACC；每發(fā)送一字節(jié)要調(diào)用一次CACK子程序，取應(yīng)答位WRBYTE:MOVR0，#08HWLP:RLCA ；取數(shù)據(jù)位JCWR1SJMPWR0 ；判斷數(shù)據(jù)位WLP1:DJNZR0，WLPNOPRETWR1:SETBSDA ；發(fā)送1NOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOP

NOPNOPNOPCLRSCLSJMPWLP1WR0:CLRSDA；發(fā)送0NOPSETBSCLNOPNOPNOPNOPNOPCLRSCLSJMPWLP1發(fā)送字節(jié)子程序；字節(jié)數(shù)據(jù)放入ACC92讀取字節(jié)子程序；讀出的值在ACC內(nèi)；每取一字節(jié)要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答/非應(yīng)答信號(hào)RDBYTE:MOVR0，#08HRLP:SETBSDANOPSETBSCL ；時(shí)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(shí)間大于4.7sRLCA ；進(jìn)行數(shù)據(jù)位的處理MOVR2，ANOPNOPNOPDJNZR0，RLP ；未夠8位，再來一次RET讀取字節(jié)子程序；讀出的值在ACC內(nèi)93無子地址器件寫字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):數(shù)據(jù)為ACC、器件從地址SLA；占用:A、R0、CYIWRBYTE:PUSHACCIWBLOOP:LCALLSTART ；起動(dòng)總線MOVA，SLALCALLWRBYTE ；發(fā)送器件從地址LCALLCACKJNBACK，RETWRB ；無應(yīng)答則跳轉(zhuǎn)POPACC ；寫數(shù)據(jù)LCALLWRBYTELCALLCACKLCALLSTOPRETRETWRB:POPACCLCALLSTOPRET無子地址器件寫字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):數(shù)據(jù)為ACC、器件從地94無子地址器件讀字節(jié)數(shù)據(jù)；入口參數(shù):器件從地址SLA；出口參數(shù):數(shù)據(jù)為ACC；占用A、R0、R2、CYIRDBYTE: LCALLSTART MOVA，SLA ；發(fā)送器件從地址 INCA LCALLWRBYTE