單片機(jī)I2C總線介紹

I2C是一種串行總線的外設(shè)接口，它采用同步方式串行接收或發(fā)送信息，兩個(gè)設(shè)備在同一個(gè)時(shí)鐘下工作。I2C總線只用兩根線：串行數(shù)據(jù)SDA（Serial Data）、串行時(shí)鐘SCL（Serial Clock）。
由于I2C只有一根數(shù)據(jù)線，因此其發(fā)送信息和接收信息不能同時(shí)進(jìn)行。信息的發(fā)送和接收只能分時(shí)進(jìn)行。I2C串行總線工作時(shí)傳輸速率最高可達(dá)400K bit/s。
I2C總線上的所有器件的SDA線并接在一起，所有器件的SCL線并接在一起，且SDA線和SCL線必須通過(guò)上拉電阻連接到正電源。
I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議要比SPI總線復(fù)雜一些，因?yàn)镮2C總線器件沒(méi)有片選控制線，所以I2C總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始必須由主器件產(chǎn)生通信的開(kāi)始條件（SCL高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生負(fù)跳變）；通信結(jié)束時(shí)，由主器件產(chǎn)生通信的結(jié)束條件（SCL高電平時(shí)，SDA產(chǎn)生正跳變）。
SDA線上的數(shù)據(jù)在SCL高電平期間必須保持穩(wěn)定，否則會(huì)被誤認(rèn)為開(kāi)始條件或結(jié)束條件，只有在SCL低電平期間才能改變SDA線上的數(shù)據(jù)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸波形圖如下圖所示。

I2C應(yīng)用實(shí)例
AT24C系列為美國(guó)ATMEL公司推出的串行COMS型E2PROM，具有功耗小，寬電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)。下圖為AT24C系列E2PROM的引腳圖。圖中A0、A1、A2為器件地址引腳，Vss為地，Vcc為正電源，WP為寫(xiě)保護(hù)，SCL為串行時(shí)鐘線，SDA為串行數(shù)據(jù)線。AT24C系列E2PROM采用I2C總線，I2C總線上可掛接多個(gè)接口器件，在I2C總線上的每個(gè)器件應(yīng)有唯一的器件地址，按I2C總線規(guī)則，器件地址為7位二進(jìn)制數(shù)，它與一位數(shù)據(jù)方向位構(gòu)成一個(gè)器件尋址字節(jié)。器件尋址字節(jié)的最低位（D0）為方向位（讀/寫(xiě)），最高4位（D7~D4）為器件型號(hào)地址（不同的I2C總線接口器件的型號(hào)地址由廠家給定，AT24C系列E2PROM的型號(hào)地址都為1010）；其余3位（D3~D1）與器件引腳地址A2A1A0相對(duì)應(yīng)。器件地址格式：
1010 A2A1A0。

對(duì)于E2PROM的片內(nèi)地址，AT24C01和AT24C02由于芯片容量可用一個(gè)字節(jié)表示，故讀寫(xiě)某個(gè)單元前，先向E2PROM寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的器件地址，再寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的片內(nèi)地址。而AT24C04、AT24C08、AT24C16分別需要9位、10位和11位片內(nèi)地址，所以AT24C04把器件地址中的A0作為片內(nèi)地址的最高位，AT24C08把器件地址中的A1A0作為片內(nèi)地址的最高兩位，AT24C16把器件地址中的A2A1A0作為片內(nèi)地址的最高三位。凡在系統(tǒng)中把器件的引腳地址用作片內(nèi)地址后，該引腳在電路中不得使用，做懸空處理。AT24C32、AT24C64、AT24C128、AT24C256和AT24C512的片內(nèi)地址采用兩個(gè)字節(jié)。
AT24C系列E2PROM的讀寫(xiě)操作原理
下列讀寫(xiě)操作中SDA線上數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)標(biāo)記注釋如下：
Start為啟動(dòng)信號(hào)（SCL為高電平，SDA產(chǎn)生負(fù)跳變），由主機(jī)發(fā)送。
Stop為結(jié)束信號(hào)（SCL為高電平，SDA產(chǎn)生正跳變），由主機(jī)發(fā)送。
AddressByte、AddreeeByte H、AddreeeByte L為地址字節(jié)，指定片內(nèi)某單元地址，由主機(jī)發(fā)送。
data為數(shù)據(jù)字節(jié)，由數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送。
0 為肯定應(yīng)答信號(hào)，由數(shù)據(jù)接收方發(fā)送。
1 為否定應(yīng)答信號(hào)，由數(shù)據(jù)接收方發(fā)送。
主機(jī)控制數(shù)據(jù)線SDA時(shí)，在SCL高電平期間必須保持SDA線上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，否則會(huì)被誤認(rèn)為對(duì)從機(jī)的起始條件或結(jié)束條件。主機(jī)只能在SCL低電平期間改變SDA線上的數(shù)據(jù)。主機(jī)寫(xiě)操作期間，用SCL的上升沿寫(xiě)入數(shù)據(jù)；主機(jī)讀操作期間，用SCL的下降沿讀出數(shù)據(jù)。

從AT24C系列AT24C01~AT24C16中讀n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：

從AT24C系列AT24C32~AT24C512中讀n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式：

向AT24C系列AT24C01~AT24C16中寫(xiě)n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式（n<=頁(yè)長(zhǎng)，且n個(gè)字節(jié)不能跨頁(yè)）：

向AT24C系列AT24C32~AT24C512中寫(xiě)n個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)格式（n<=頁(yè)長(zhǎng)，且n個(gè)字節(jié)不能跨頁(yè)）：


應(yīng)答信號(hào)
I2C總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)，每成功地傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，接收器都必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答的器件在第9個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)將SDA線拉低，表示其已經(jīng)收到一個(gè)8位數(shù)據(jù)。
I2C器件在接收到起始信號(hào)和從器件地址之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，如果器件已選擇了寫(xiě)操作，則在每接收一個(gè)8位字節(jié)之后響應(yīng)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。
I2C器件工作在讀模式時(shí)，在發(fā)送一個(gè)8位數(shù)據(jù)后釋放SDA線（SDA置為高電平）并監(jiān)視一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，一旦接收到主器件的應(yīng)答信號(hào)，I2C器件則繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，如果主器件沒(méi)有發(fā)送應(yīng)答信號(hào)（發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，即SDA為高電平），器件停止傳送數(shù)據(jù)且等待一個(gè)停止信號(hào)。