I2C总线与EEPROM.ppt

I2C总线与EEPROM,I2C简介,I2C总线是Philips公司开发的一种双向两线串行总线，多用于连接微处理器及其外围芯片。主要特点是接口方式简单，两条线可以挂多个参与通信的器件，即多机模式，任何一个器件都可以作为主机，但同一时刻只能有一个主机。,UART属于异步通信，I2C属于同步通信。,传输速率：标准模式下为100kbit/s；快速模式下为 400kbit/s；高速模式下为3.4Mbit/s。,I2C简介,I2C总线采用二线制传输，一根是数据线SDA（Serial Data Line），另一根是时钟线SCL（serial clock line），连接到总线上的所有I2C器件的SCL连在一起，所有SDA连在一起，每一个器件具有一个唯一的地址。,I2C简介,I2C 总线是开漏引脚并联的结构，因此外部要接上拉电阻。对于开漏电路外部加上拉电阻，就组成了线“与”的关系。总线上线“与”的关系就是说，所有接入的器件保持高电平，这条线才是高电平，而任何一个器件输出一个低电平，那这条线就会保持低电平，因此可以做到任何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简介,I2C总线是一个多主机总线，总线上可以有一个或多个主机（或称主控制器件），总线运行由主机控制。,主机是指启动数据的传送（发起始信号）、发出时钟信 号、发出终止信号的器件。通常，主机由单片机或其它 微处理器担任。,被主机访问的器件叫从机（或称从器件），它可以是其 它单片机，或者其他外围芯片，如：A/D、D/A、LED 或LCD驱动、串行存储器芯片。,I2C简介,I2C总线支持多主(multi-mastering)和主从(master-slave)两 种工作方式。,多主方式下，I2C总线上可以有多个主机。I2C总线需通 过硬件和软件仲裁来确定主机对总线的控制权。,主从工作方式时，系统中只有一个主机，总线上的其它 器件均为从机（具有I2C总线接口），只有主机能对从机 进行读写访问，因此，不存在总线的竞争等问题。在主 从方式下，I2C总线的时序可以模拟，I2C总线的使用不 受主机是否具有I2C总线接口的制约。80C51 单片机本身 不具有I2C总线接口，可以用其I/O口线模拟I2C总线。,I2C简介,主机,从机,主从工作方式：,I2C简介,I2C总线上的所有器件连接在一个公共的总线上，主器 件在进行数据传输前要选择需要通信的从器件，即进行 总线寻址。,I2C总线上所有器件都需要有惟一的地址，由器件地址 和引脚地址两部分组成，共7位。器件地址出厂时就已 经固定，不可更改。引脚地址由I2C器件的地址引脚（A2，A1，A0）决定。,地址位与一个方向位共同构成I2C总线器件寻址字节，寻址字节的格式如下：,I2C简介,具有I2C硬件接口的常用器件,I2C简介,器件地址：0b1010000 0 x50,AT24C02是Atmel公司生产的具有I2C总线接口功能的串行E2PROM器件。容量大小为2kbits，即256个字节。SDA、SCL：I2C总线接口。A2A0：地址引脚。WP：写保护。当接低电平时，可进行正常读/写操作；接高电平时，只能读取数据。,I2C通信时序,I2C总线规定了严格的数据通信格式，所有具有I2C总线接口的器件都必须遵守。,I2C总线上主机与从机之间一次传送的数据称为一帧，由起始信号、数据传输部分和停止信号组成。数据传送的基本单元为一位数据。对比UART的数据帧格式。,起始信号：I2C 通信的起始信号的定义是 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。,空闲状态：I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。,停止信号：而 I2C 通信停止信号的定义是 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。,数据传输：时钟线SCL的一个时钟周期只能传输一位数据，即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。在SCL时钟线为高电平期间内，数据线SDA上的数据必须稳定。当SCL时钟线变为低电平时，数据线SDA的状态才能改变。,I2C协议规定，在每个字节传送完毕后，必须有一个应答位。应答位的时钟脉冲由主机产生。在应答时钟有效期间，发送设备把数据线SDA置为高电平；接收设备必须把数据线SDA置为低电平，并且在此期间保持低电平状态，以便产生有效的应答信号。,I2C寻址模式,主机发送起始信号，通知总线上的所有从机数据传输开始了，接下来主机发送从机地址，与这一地址匹配的从机将继续这一传输过程，而其它从机将会忽略接下来的传输并等待下一次传输的开始。主机寻址到从机后，发送它所要读取或写入从机的内部寄存器地址；之后，发送或接收数据。数据接收或发送完毕后，发送停止位。,AT24C02,仿真电路：,器件地址为0 x50,参考程序：,#include#include#define I2CDelay()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit I2C_SCL=P37;sbit I2C_SDA=P36;sbit LED1=P10;sbit LED2=P15;bit I2CAddressing(unsigned char addr);void main()bit ack1,ack2;,ack1=I2CAddressing(0 x50);/查询地址为 0 x50 的器件if(ack1=1)LED1=0;elseLED1=1;ack2=I2CAddressing(0 x62);/查询地址为 0 x62 的器件if(ack2=1)LED2=0;elseLED2=1;while(1);,/*产生总线起始信号*/void I2CStart()I2C_SDA=1;/首先确保 SDA、SCL 都是高电平I2C_SCL=1;I2CDelay();I2C_SDA=0;/先拉低 SDAI2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL,/*产生总线停止信号*/void I2CStop()I2C_SCL=0;/首先确保 SDA、SCL 都是低电平I2C_SDA=0;I2CDelay();I2C_SCL=1;/先拉高 SCLI2CDelay();I2C_SDA=1;/再拉高 SDAI2CDelay();,/*I2C 总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值*/bit I2CWrite(unsigned char dat)bit ack;/用于暂存应答位的值unsigned char mask;/用于探测字节内某一位值的掩码变量for(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行if(mask,I2C_SCL=1;/拉高 SCLI2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，完成一个位周期I2C_SDA=1;/8 位数据发送完后，主机释放 SDA，以检测从机应答I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLack=I2C_SDA;/读取此时的 SDA 值，即为从机的应答值I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成应答位，并保持住总线return ack;/返回从机应答值,/*I2C 寻址函数，即检查地址为 addr 的器件是否存在，返回值-从器件应答值*/bit I2CAddressing(unsigned char addr)bit ack;I2CStart();/产生起始位，即启动一次总线操作ack=I2CWrite(addr1);/器件地址需左移一位，因 寻址命令的最低位/为读写位，用于表示之后的操作是读或写I2CStop();/不需进行后续读写，而直接停止本次总线操作return ack;,仿真结果：,关于延时函数,EEPROM单字节读写时序,向EEPROM写入一个字节数据的流程,单片机发出起始信号，启动I2C总线；,发送首字节，高7位为E2PROM的器件地址；最低位为0，表示单片机将通过I2C总线向E2PROM写入数据，接收E2PROM的应答信号；,发送待写入字节数据的存储地址，接收E2PROM的应答信号；,发送待写入字节数据，接收E2PROM的应答信号；,单片机发出停止信号，结束总线。,从EEPROM 读取一个字节数据流程,单片机发出起始信号，启动I2C总线；接着发送首字节，高7位为E2PROM的器件地址，最低位为0，并接收E2PROM的应答信号；,发送要读取数据的存储单元地址，接收E2PROM的应答信号；,重新发送E2PROM的器件地址，但最低位为1；,单片机读取E2PROM发回的一个字节的数据，并发出一个非应答信号；,单片发出停止信号，结束总线。,读写一个字节数据的要点：,单片机是主机，EEPROM是从机；,无论是读是写，起始信号、停止信号、SCL 信号始终都是由主机控制；,写的时候应答信号由从机给出，表示从机是否正确接收了数据；读的时候应答信号则由主机给出，表示是否继续读下去。应答原则：谁接收谁应答。,简述单片机通过I2C总线向E2PROM写入一个字节数据的操作时序简述单片机通过I2C总线从E2PROM读取一个字节数据的操作时序；,EEPROM单字节数据读写仿真电路,EEPROM单字节数据读写参考程序,I2C.c：#include#include#define I2CDelay()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit I2C_SCL=P37;sbit I2C_SDA=P36;/*产生总线起始信号*/void I2CStart()I2C_SDA=1;/首先确保 SDA、SCL 都是高电平I2C_SCL=1;I2CDelay();I2C_SDA=0;/先拉低 SDAI2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL,/*产生总线停止信号*/void I2CStop()I2C_SCL=0;/首先确保 SDA、SCL 都是低电平I2C_SDA=0;I2CDelay();I2C_SCL=1;/先拉高 SCLI2CDelay();I2C_SDA=1;/再拉高 SDAI2CDelay();,/*I2C 总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值*/bit I2CWrite(unsigned char dat)bit ack;/用于暂存应答位的值unsigned char mask;/用于探测字节内某一位值的掩码变量for(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行if(mask,I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，完成一个位周期I2C_SDA=1;/8 位数据发送完后，主机释放 SDA，以检测从机应答I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLack=I2C_SDA;/读取此时的 SDA 值，即为从机的应答值I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成应答位，并保持住总线return(ack);/应答值取反以符合通常的逻辑：/0=不存在或忙或写入失败，1=存在且空闲或写入成功,/*I2C 总线读操作，并发送非应答信号，返回值-读到的字节*/unsigned char I2CReadNAK()unsigned char mask;unsigned char dat;I2C_SDA=1;/首先确保主机释放 SDAfor(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLif(I2C_SDA=0)/读取 SDA 的值dat/为 1 时，dat 中对应位置 1,I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，以使从机发送出下一位I2C_SDA=1;/8 位数据发送完后，拉高 SDA，发送非应答信号I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLI2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成非应答位，并保持住总线return dat;,I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，以使从机发送出下一位I2C_SDA=1;/8 位数据发送完后，拉高 SDA，发送非应答信号I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLI2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成非应答位，并保持住总线return dat;,/*I2C 总线读操作，并发送应答信号，返回值-读到的字节*/unsigned char I2CReadACK()unsigned char mask;unsigned char dat;I2C_SDA=1;/首先确保主机释放 SDAfor(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLif(I2C_SDA=0)/读取 SDA 的值dat/为 1 时，dat 中对应位置 1,I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，以使从机发送出下一位 I2C_SDA=0;/8 位数据发送完后，拉低 SDA，发送应答信号I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCLI2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成应答位，并保持住总线return dat;,Test.c:#include sbit bai=P20;sbit shi=P21;sbit ge=P22;extern void I2CStart();extern void I2CStop();extern unsigned char I2CReadNAK();extern bit I2CWrite(unsigned char dat);unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr);void E2WriteByte(unsigned char addr,unsigned char dat);,void display(void);void delay(unsigned int time);unsigned char code dis_code=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90;unsigned char str3;,void main()unsigned char dat;dat=E2ReadByte(0 x02);/读取指定地址上的一个字节str2=dat/100;str1=dat/10%10;str0=dat%10;dat+;/将其数值+1E2WriteByte(0 x02,dat);/再写回到对应的地址上while(1)display();,/*读取 EEPROM 中的一个字节，addr-字节地址*/unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr)unsigned char dat;I2CStart();I2CWrite(0 x501);/寻址器件，后续为写操作I2CWrite(addr);/写入存储地址I2CStart();/发送重复启动信号I2CWrite(0 x501)|0 x01);/寻址器件，后续为读操作dat=I2CReadNAK();/读取一个字节数据I2CStop();return dat;,/*向 EEPROM 中写入一个字节，addr-字节地址*/void E2WriteByte(unsigned char addr,unsigned char dat)I2CStart();I2CWrite(0 x501);/寻址器件，后续为写操作I2CWrite(addr);/写入存储地址I2CWrite(dat);/写入一个字节数据I2CStop();,void delay(unsigned int time)unsigned char t;while(time-)for(t=0;t120;t+);,void display(void)static unsigned char num=0;P0=0 xff;switch(num)Case 0:bai=1;shi=0;ge=0;P0=dis_codestr2;num+;delay(10);break;case 1:bai=0;shi=1;ge=0;P0=dis_codestr1;num+;delay(10);break;case 2:bai=0;shi=0;ge=1;P0=dis_codestr0;num=0;delay(10);break;,第一次运行结果,第二次运行结果,第三次运行结果,EEPROM多字节读写时序,从 EEPROM 读取多字节数据很简单，EEPROM 根据我们所送的时序，直接就把数据送出来即可。向EEPROM 发送数据后，先保存在了 EEPROM的缓存，EEPROM 必须要把缓存中的数据搬移到“非易失”的区域，才能达到掉电不丢失的效果。而往非易失区域写需要一定的时间，每种器件不完全一样，ATMEL 公司的 24C02 的这个写入时间最高不超过 5ms。在往非易失区域写的过程，EEPROM 是不会再响应单片机的访问，不仅接收不到单片机发送的数据，即使用 I2C 标准的寻址模式去寻址，EEPROM 都不会应答，就如同这个总线上没有这个器件一样。数据写入非易失区域完毕后，EEPROM 再次恢复正常，可以正常读写了。,/*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*/void E2Read(unsigned char*buf,unsigned char addr,unsigned char len)do/用寻址操作查询当前是否可进行读写操作I2CStart();if(I2CWrite(0 x501)/应答则跳出循环，非应答则进行下一次查询break;I2CStop();while(1);I2CWrite(addr);/写入起始地址,I2CStart();/发送重复启动信号I2CWrite(0 x50 1)/连续读取 len-1 个字节*buf+=I2CReadACK();/最后字节之前为读取操作+应答len-;*buf=I2CReadNAK();/最后一个字节为读取操作+非应答I2CStop();,/*E2 写入函数，buf-源数据指针，addr-E2 中的起始地址，len-写入长度*/void E2Write(unsigned char*buf,unsigned char addr,unsigned char len)while(len-)do/用寻址操作查询当前是否可进行读写操作I2CStart();if(I2CWrite(0 x501)/应答则跳出循环，非应答则进行下一次查询break;I2CStop();,while(1);I2CWrite(addr+);/写入起始地址I2CWrite(*buf+);/写入一个字节数据I2CStop();/结束写操作，以等待写入完成,实验内容,