I2C总线简介
I2c总线原理及其在单片机接口中的应用实例The Principle of I2C-Bus and its Realization in MCU Interface
摘要：本文介绍了I2C总线的结构及通信原理，并以串行芯片E2PROM存储芯片AT24C02为例，给出了在单片机上，利用基本I/O口实现I2C总线的方法。
关键词：I2C AT24C02
I2C总线介绍：
I2C总线是英文INTER IC BUS或 IC TO IC BUS的简称，十多年前由PHILIPS公司推出，是近年来微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准，它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方便简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，所有I2C兼容的器件都具有标准的接口，通过地址来识别通信对象，使它们可以经由I2C总线互相直接通信。
I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率为400kb/s，各种被控电路均并联在这条总线上，每个电路都有唯一的地址。在信息的传输过程当中，I2C总线上并联的每一个模块电路既是被控器（或是主控器），又是发送器（或是接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU 发出的控制信号分为地址码和数据码两部分：地址码用来选址，及接通需要控制的电路；数据码是通信的内容，这样各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立。
I2C总线的数据传输：
在传输数据开始前，主控器件应发送起始位，通知从器件做好接收准备；在传输数据结束时，主控器件应发送停止位，通知从器件停止接收，
起始位时序：当SCL位为高位时，SDA线由高到低的转换。
停止位时序：当SCL位为高位时，SDA线由低到高的转换。
SDA上的数据在时钟高电平期间必须保持稳定，在SCL低电平期间才可以改变，输出到SDA 线上的每个字节必须是8位，每次传输的字节不受限制，每个字节必须有一个确认位（又称应答位ACK），与确认位对应的时钟脉冲由主控器产生，发送器在应答期间必须拉低SDA线。SDA线连续写操作数据状态为：(S表示开始信号START，A表示应答信号ACK，P表示停止信号STOP )
器件寻址（写）片内地址
器件寻址（写）片内地址器件寻址（读）
AT24C02与80C51的连接及模拟软件程序
AT24CXX系列芯片是采用I2C总线标准的常用串行E2PROM存储芯片，AT24C02是其中之一，它具有2KBITS（256BYTE）的存储容量，工作于从器件方式，页写的最大8个字节，而且此系列片内地址在接收到每一个数据字节后自动加1，故装载一页以内数据字节时，只需输
入首地址，如果写到此页的最后一个字节，主器件继续发送数据，数据将从该页的首地址写入
图1 51单片机与AT24C02的连接电路图
解决办法是：在第8个数据后将地址强制加一，或是将下一页的 首地址付给寄存器。
数据传送格式是以主设备发送启动信号开始，跟着发送第一字节，此字节的高7位为从设备地址，最低位为指明数据传送方向的R/W （读写）位，该位为0表示主设备向从设备发送数据，为1表示从设备向主设备发送数据。如果地址的高4位不是全0或全1，则接着就可发送所需的数据字节。
总线每次传送的字节数没有限制，但是各字节之间必须插入一个应答位，数据字节从最高位开始发送，全部数据发送完后，就发送停止信号完成一次数据传送。应答位是在发送每个字节之后主设备发出的第9个时钟脉冲的高电平期间，由接收设备拉低SDA ，以这一低电平作为数据字节已被接受的应答，发送设备也于此期间释放（拉高）SDA 线。
51单片机与AT24C02
的连接电路原理图如图1所示，A2~A0为地址引脚（按照000~111的顺序与VCC 和GND 相连，因只用了一片，所以将A 2A 1A 0设置为000），WP 为写保护引脚，因AT24C02不具备写保护的功能，将其接地，
以下是完整的I2C 读写程序，在写串行E2PROM 子程序E2PW 中，（R3）=器件地址，（R4）=片内字节地址，（R1）=欲写数据存放地址指针，（R7）=连续写字节数N ；在读串行E2PROM 子程序E2PR 中，（R1）=欲读数据地址指针，（R3）=器件地址，（R4）=片内字节地址，（R7）=连续读字节数，
SDA BIT P2.1
SCL BIT P2.0
ORG 0000H
AJMP INIT
ORG 0100H
INIT: CLR RS0
CLR RS1
MOV R1,#30H
MOV A,#50H
MOV R7,#08H
MOV R3,#0A0H
MOV R4,#00H
LOOP: MOV @R1,A
INC R1
INC A
DJNZ R7,LOOP ;初始化存储器的值，将数据50H~57H 发送到内部30H~37H 单元
E2PW:MOV P2,#0FFH ; 置p2.0, p2.1 均为1
CLR P2.1 ; 发开始信号
MOV A,R3; 送器件地址
ACALL SUBS
MOV A,R4; 送片内字节地址
ACALL SUBS 调发送单字节子程序
MOV R1,#30H
MOV R7,#08H ; AT24C02一次可装载的字节数为8个
AGAIN:MOV A,@R1
ACALL SUBS
INC R1
DJNZ R7,AGAIN; 发送8个字节到IIC模块
CLR P2.1 ; 发送完8个数据后，先将SDA拉低，准备发停止位 ACALL DELAY
SETB P2.0 ; 将SCL拉高
ACALL DELAY
SETB P2.1 ; 在由主设备将SDA拉高，送出停止位
MOV R7,#08H ；再一次给R7赋值，准备读数据
E2PR: MOV R1,#40H
MOV P2,#0FFH ；置p2.0, p2.1 均为1
CLR P2.1；发开始信号
MOV A,R3；发器件地址
ACALL SUBS；调发送单字节子程序
MOV A,R4；送片内字节地址
ACALL SUBS
MOV P2,#0FFH; 置p2.0, p2.1 均为1
CLR P2.1；再发开始信号
MOV A,R3
SETB ACC.0；发读命令
ACALL SUBS
MORE: ACALL SUBR ; 进入读数据模式
MOV @R1,A
INC R1
DJNZ R7,MORE; 读8个字节到内部40H~47H
CLR P2.1
ACALL DELAY
SETB P2.0
ACALL DELAY
SETB P2.1；送停止信号
ajmp $
SUBS: MOV R0,#08H；发送单字节子程序
LOOP1: CLR P2.0 ; 只有在SCL为低电平时才能改变SDA的值
RLC A
MOV P2.1 ,C
NOP
SETB P2.0 ; SCL置1，保持数据
ACALL DELAY; 需要保持一段时间
DJNZ R0,LOOP1；循环8次送8个位
CLR P2.0
ACALL DELAY
SETB P2.0 ; 进入第9个时钟脉冲
REP: JB P2.1,$; 判断答到否，未到则等待。这里SDA由接受端拉低 CLR P2.0
RET
DELAY: MOV R5,#20H；为满足传输速率要求延时子程序
DELAY2: MOV R6,#10H
DELAY3: DJNZ R6,DELAY3
DJNZ R5,DELAY2
RET
SUBR: MOV R0,#08H；接收单字节子程序
LOOP2:SETB P2.0 ；直接将SCL置1，准备接收
ACALL DELAY
MOV C, P2.1
RLC A ；将收到的位循环到0位上
CLR P2.0
ACALL DELAY
DJNZ R0,LOOP2
CJNE R7 ,#01H, LOWA
SETB P2.1；若是最后一个字节，置SDA=1
AJMP SETOK
LOWA: CLR P2.1；否则置SDA=0
SETOK: ACALL DELAY
SETB P2.0
ACALL DELAY
CLR P2.0
ACALL DELAY
SETB P2.1；应答完毕，SDA置1
RET
END
注意在接收的时候，应该在SCL高电平时，即保持时间段时读数据。
结束语：
随着I2C总线在通信，控制等方面的普遍应用，本文以实例的方式给出了I2C总线在单片机上的实现方法，具有一定的实用性与可移植性。