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(xiàn)該協(xié)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(tǒng)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(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線睥設備的串行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)以總線上的電容量不超過400pF為限。

　　I2C數(shù)據(jù)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?yōu)?ldquo;低”時為開始條件，SCL保持“高”，SDA由“低”變?yōu)?ldquo;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(shù)據(jù)在時鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當SCL線上的時鐘信號為低時，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，每個字節(jié)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(shù)據(jù)的完整字節(jié)時，它可以保持時鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進入等待狀態(tài)，當接收器準備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進行。I2C數(shù)據(jù)總線傳達時序如圖4。

　　數(shù)據(jù)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(fā)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(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，圖5為其連線路圖。

　　在單主控器的系統(tǒng)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(tǒng)中使用P1.3，另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數(shù)據(jù)線，由軟件控制在時鐘的低電平期間讀取或輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的過程如下：先由單片機給出一個啟始數(shù)據(jù)信號，接著送出要訪問器件的7位地址數(shù)據(jù)，并等待被控器件的就答信號，當收到應答信號后，根據(jù)訪問要求進行相應的操作。如果是讀入數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)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(jié)，均應依次檢測應答信號，如果是輸出數(shù)據(jù)，則首先將SDA設置為輸出方式，當發(fā)送完一個字節(jié)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(jié)的傳送。當所有數(shù)據(jù)傳輸完比，應向SDA發(fā)出一個停止信號，結束該次數(shù)據(jù)傳輸。

　　以下用51匯編語言實現(xiàn)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(shù)據(jù)程序：

　　讀字節(jié)可以在當前地址讀(CURRENT READ)，可以隨機讀(RANDOM READ)，讀出數(shù)據(jù)的一個字節(jié)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(jié)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(jié)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(shù)據(jù)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(xù)寫的兩個字節(jié)之間是要有10ms的延時。當然，也可以進行頁寫（PAGE WTITE），一次性連續(xù)寫8個字節(jié)，每個字節(jié)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