用匯編實現I2C BUS總線協議

摘要：本文簡要介紹了I2C串行總線結構和特點，并結合其在單片機（GMS97C2051）上的應用，以24LC01BEEPROM為例，給出了用匯編語言實現該協議的程序。  
關鍵詞：I2C總線 單片機

I2C總線

PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，它具備多主機系統所需的包括裁決和高低速設備同步等功能高性能串行總線。

I2C總線硬件結構

I2C串行總線有兩根信號線，一根是雙向的數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線睥設備的串行數據SDA都接到總線的SDA線，各設備的時鐘線SCL接到總線的SCL。典型的I2C總線結構如圖1。

為了避免總線信號的混亂，要求各設備連接到總線的輸出端必須是開漏輸出或集電極開路輸出的電路結構。設備與總線的接口電路如圖2所示。

I2C總線數據傳送率可達每秒十萬位，高速方式可高達每秒四十萬位。總線上允許連接設備數以總線上的電容量不超過400pF為限。

I2C數據傳輸

在I2C 總線傳輸過程中，將兩種特定的情況定義為開始和停止條件（如圖3）：錄SCL保持“高”，SDA由“高”變為“低”時為開始條件，SCL保持“高”， SDA由“低”變為“高”是為停止條件。開始和停止條件由主控器產生。使用硬件接口可以很容易地檢測開始和停止條件，沒有這種接口的微機必須以每時鐘周期至少兩次對SDA取樣以便檢測這種變化。

 

SDA 線上的數據在時鐘“高”期間必須是穩定的，只有當SCL線上的時鐘信號為低時，數據線上的“高”或“低”狀態才可以改變。輸出到SDA線上的每個字節必須是8位，每次傳輸的字節不受限制，每個字節必須有一個應答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內部中斷）前不能接收另一數據的完整字節時，它可以保持時鐘線SCL為低，以促使發送器進入等待狀態，當接收器準備好接受數據的其它字節并釋放時鐘SCL后，數據傳輸繼續進行。I2C數據總線傳達時序如圖 4。

數據傳送具有應答是必須的。與應答對應的時鐘脈沖由主控制產生，發送器在應答期間必須下拉SDA線。當導址的被控器件不能應答時，數據保護為高，接著主控制產生停止條件終止傳輸。

I2C總線的應用

下面就是用GMS97C2051（武漢力源公司產品，與AT89C2051兼容）的通用I/O口作為I2C總線接口，由軟件控制實現數據傳送，圖5為其連線路圖。

在單主控器的系統中，時鐘線僅由主控器驅動，因此可以用51的一根I/O線作為SCL信號線，將其設置為輸出方式，由軟件控制產生串行時鐘信號，在實際系統中使用P1.3，另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數據線，由軟件控制在時鐘的低電平期間讀取或輸出數據。系統傳輸數據的過程如下：先由單片機給出一個啟始數據信號，接著送出要訪問器件的7位地址數據，并等待被控器件的就答信號，當收到應答信號后，根據訪問要求進行相應的操作。如果是讀入數據，則數據線可一直設為輸入方式，中間不需要改變SDA線的工作方式，在每讀和主個字節，均應依次檢測應答信號，如果是輸出數據，則首先將SDA設置為輸出方式，當發送完一個字節后，需要改變SDA線為輸入方式，此時讀入被控器件的應答信號，至此完成了一個字節的傳送。當所有數據傳輸完比，應向SDA 發出一個停止信號，結束該次數據傳輸。

以下用51匯編語言實現啟始、停止、讀、寫、應答的程序。

(1)啟始位程序：

ACK：CLR P1.3

NOP

NOP

SETB P1.2

NOP

NOP

NOP

CPL P1.3 ；P1.3=1

NOP

NOP

NOP

DENGDAI：JB P1.2，DENGDAI RET

(2)讀數據程序：

讀字節可以在當前地址讀(CURRENT READ)，可以隨機讀(RANDOM READ)，讀出數據的最后一個字節后不用加應答信號。

READ：PUSH 0EH

CLR P1.4

LCALL BSTART；START

MOV A，#0A0H；SEND

THE CONTROL BYTE

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

MOV A，R1；SEND THE ADDRESS

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

LCALL BSTART；START

MOV A，#0A1H；SEND THE CONTROL BYTE

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

LCALL READBYTE

LCALL BSTOP

POP 0EH

RET

送字節子程序：

SENDBYTE：PUSH 0EH

PUSH 00H

MOV R0，#08H

LOOP1：CLR P1.3

NOP

NOP

RLC A

MOV P1.2，C

CPL P1.3； P1.3=1

NOP

NOP

DJNZ R0,LOOP1

POP 00H

POP 0EH

RET

讀字節子程序：

READBYTE：PUSH 0EH

PUSH 00H

MOV R0，#08H；

READ THE CONTENT

CLR A

LOOP4：CLR P1.3

NOP

NOP

NOP

SETB P1.3；P1.3=1

MOV C,P1.2

RLC A

DJNZ R0,LOOP4

MOV R2,A

POP 00H

POP 0EH

RET

（3）寫數據程序：

WRITE：PUSH 0EH

CLR P1.4

LCALL BSTART

MOV A，#0A0H

LCALL SENDBYTE；

SEND CONTROL BYTE

LCALL ACK

MOV A，R1；SEND THE ADDRESS

LCALL SENDBYTE

CLALL ACK

MOV A，R2；WERITE THE CONTENT

LCALL SENDBYTE

LCALL ACK

LCALL BSTOP

POP 0EH

RET

連續寫的兩個字節之間最好是要有10ms的延時。當然，也可以進行頁寫（PAGE WTITE），一次性連續寫8個字節，每個字節后要一個應答信號。

（4）停止位程序：

BSTOP：CL的P1.3

NOP

NOP

CLR P1.2

NOP

NOP

NOP

SETB P1.3

NOP

NOP

NOP

SETB P1.2

RET