用Proteus學習51單片機之I2C(IIC)總線

I2C總線使用兩條線，一條是時鐘線，稱為SCL，一條是數據線，稱為SDA，各個設備就并在總線上，每一個總線上的設備都有一個自己的地址，主機在操作設備的時候，都會先發送一個地址碼，告訴被操作機，接下來的命令由它接收。

接下來說一下I2C總線的數據有效性。I2C總線進行數據傳送時，要求SCL為高電平時，SDA上的數據必需保持穩定，換言之，當SCL為高電平時，SDA的電平不能變換，只有當SCL為低電平時，SDA的電平才能變。

I2C總線通信時，需要遵照一定的協議，以下為一次通信過程：

1. 由主機發送起始信號，啟動I2C總線。時序為，在SCL為高電平期間，SDA出現一個下降沿。
2. 主機發送尋址信號，即告訴特定的設備，接下來的命令是發給它的。地址分為7位和10位，以7位為例，高7位為設備地址，最低位表示讀或寫，1表示讀，0表示寫。
3. 應答信號，I2C協議規定，每傳送一個字節數據（包括地址及命令）后，都要有一個接收設備返回的應答信號，以確定信號是否被接收設備正確接收到了。其時序為，在SCL信號為高電平期間，接收設備把SDA電平拉低。
4. 數據傳輸，當主機發送發址并收到應答后，就可以發送數據了，但是發送數據只能每次發送一位，并且每發送一位后都需要收到接收機的應答。或主機為接收設備時，主機對最后一個字節不應答，表示向發送設備說，數據傳送結束。
5. 發送停止信號，在全部數據傳送完畢后，主機發送停止信號，時序為，在SCL為高電平期間，SDA上產生一個上升沿。

前面講到，I2C協議要求數據的發送，要求SCL為低電平時，SDA才能變換，看一下上面的時序，可以看到，命令都是SCL為高電平時對SDA的操作，而發送數據則是SCL為低電平時對SDA操作。

這次拿來做實驗的是AT24C02存儲芯片，在Proteus里面，它叫24C02C（或者24C02B），是一個2K bit的I2C總線的EEPROM存儲器，換成電腦上常用的KB也就是256KB，EEPROM表示它保存了以后不用加電池，也能保持數據完好。實驗的做法是，先把數據保存到芯片中，然后再讀出來，顯示到1602液晶上。

上面介紹了I2C總線的協議格式，即發送一個命令的格式，但是對于每一個設備來說，要操作它，是需要很多命令的，AT24C02的操作則主要是讀和寫，它分為頁讀寫（即一次讀寫一大片）和字讀寫（一次讀寫一個字節）兩種方式，初學么，只使用字讀寫方式，下面記錄一下讀寫的時序。

首先是寫數據，時序如下：

1.發送啟動信號

2.發送一個控制字（即芯片的地址）——等待應答

3.發送要寫的芯片內存儲單元地址——等待應答

4.發送要寫入的數據——等待應答

5.停止信號

接下來是讀數據的時序：

1.發送啟動信號

2.發送一個控制字（即芯片的地址，最低位為0即寫操作）——等待應答

3.發送要讀取的芯片內存儲單元地址——等待應答

4.再發送一個地址信號(同第2步，但是最低位為1，即讀操作)——等待應答

5.按每次一位，讀取數據

6.停止信號

I2C協議看起來相對復雜，但是在單片機里面實現，其實就是用兩個IO口，來模擬SCL和SDA的電平變化。以啟動I2C為例（在SCL為高電平時，SDA發送一個下降沿），代碼如下：

SDA = 1;//把SDA先置高電平，待會好出現下降沿

delay();

SCL = 1;//SCL要晚于SDA設置，否則容易和其他命令混淆

delay();

SDA=0;//電平從1到0，出現一個下降沿

delay();

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Proteus電路圖如下，記得要在總線的兩條線上，接上拉電阻（10K即可）

結果如下：

這里還得說一下I2C DEBUGGER這個虛擬儀器，真的是挺好用的，把它接在總線上后，它會把每一個命令都顯示出來，并把操作屬于哪一種操作都標識出來，以我往芯片存一個字符“H”為例：

它把每一步都標的清清楚楚，特別說明一下的是，幾個字符是有特殊意義的，如：

S表是I2C總線-“開始”
A---應答
p---停止
Sr--重啟動

所以第一行S A0 A 01 A 48 A p表示的意思是：啟動I2C總線，發送數據A0（其實是芯片的地址），芯片應答，發送數據01（就是寫入的地址），芯片應答，發送數據48（就是保存的數據），芯片應答，結束。看看，是否和前面說的流程一致？

程序這里不貼了，下載里都有，里面有詳細的注釋。

PS：在調試時遇到的一個問題，可能大家也會碰到，記錄一下。

我本來是循環著往芯片里面寫數據，然后讀出來，顯示到液晶上，這時讀寫都正常，形式如下：

for(i=0;i<字符串長度;i++)

{

save(‘a’)

read(‘a’)

}

后來我為了試驗多顯示幾個字符，換了種方式，換成一次把所有數據都保存進去，再讀出來，變成下面的形式（偽代碼）：

save(‘a’)

save(‘b’)

save(‘c’)

read(1)

read(2)

read(3)

這時出現了一個問題，第一個能正常保存，第2個就不能保存，第3個又能保存，讓我很是頭疼。

后來分析了一下，前后兩種代碼的區別，就在于，第一種形式，保存后，又進行讀取，相當于保存后進行了一定的延時，而第二種形式一直在保存，保存后沒有延時，后來在第二種形式的save后，加上了延時，就一切正常了。

源代碼下載：點擊下載

IIC總線技術

　　IIC總線是微電子通信控制領域中被廣泛采用的一種總線標準,具有接口線少,控制方式簡單、器件封裝外形小、通信速率高等特點。它僅通過兩根線SDA和SCL即可實現完善的全雙工同步數據傳送,能夠十分方便地構成多主機系統和外同器件擴展系統。

　　IIC總線數據傳輸只有任總線處于空閑狀態時(SCL和SDA必須保證為高電平)才啟動。IIC總線協議定義數據傳輸時序如圖2所示,起始條件為當SCL為高電平時,SDA由高電平向低電平跳變,數據開始傳輸;結束條件為當SCL為低電平時,SDA由低電平向高電平跳變,數據傳輸結束。傳輸過程中,當SCL高時,SDA必須始終保持穩定狀態,此時出現任何跳變都被認為是起始或停止條件,只有當SCL為低電平的時候才允許SDA上的數據改變。

　　IIC總線上的數據格式如圖3所示,由起始位(S)、從機地址碼、讀寫控制位(R／W)、應答位(A)、數據和停止位(P)等組成。通信啟動時,主器件先發送啟動信號和從機地址,總線上每個器件都有自己的唯一地址,與地址與某一從器件相匹配時,該從器件發一應答位,主器件則認為尋址成功,然后根據R／W位確定的數據傳送方向進行數據傳輸。若主器件長時間收不到應答位,則認為超時,放棄本次數據傳輸。通信停止時,主機發送一個停止信號。