51单片机I2C总线

I2C总线是飞利浦公司推出的一种串行总线，所有器件共用两根信号线，实现数据的传输。

 

总线接口接了上拉电阻，默认为高电平，所以就可以用“当低电平出现”来标记出一种起始信号。我个人把它想象成：许多人在一条走廊上的不同房间（器件）里，大家都把门打开，连出两根长长的听筒（小时候玩的那种），每个人都从两根大主线上各接一根到自己房间里。两根听筒平时都是安静的（1）。如果有某房间的人叫了一声（0），那剩下的人就知道，我们准备开始通话了。

为了保证秩序，大家选出一个人当领队，由他来主导通话的过程。这就是总线的主机，其他人就是从机。从机有多个，主机只有一个。

两根信号线，一根叫数据线SDA，一根叫时钟线SCL。顾名思义，数据线用来传输数据，时钟线用来管理顺序。

怎么样表示开始，怎么样表示结束，用下面的图表示。注意有严格的时间规定。

首先，我们知道怎么样算是通话的开始和结束（起始信号和终止信号）。然后，规定怎样算是回答“可以”，怎么算是回答“不可以”（应答和非应答）。

接着，我们要知道谁向谁喊话，所以要给每个房间的人都赋予一个名字，也就是地址。再用一个0或1表示方向，从谁到谁。

因此，数据传输的过程，大体就是如此：领队喊出“开始”，说出一个房间名，同时，所有房间的人确认是不是自己的。领队表明目的，说出是向他传数据，还是从他那读数据；然后，确认是自己房间的队员给出应答，可以就开始传输数据。完成后，主机/从机给出应答，表明收到了没有。

下面就是SDA上传送的数据格式。

（a）主机向从机发送数据

S表示起始信号。阴影表示主机发送。A表示应答，上加划线表示非应答。P表示停止。

（b）主机发送数据后，从从机读数据

（c）传输过程中，想改变方向

方法是，重复一次起始信号和从机地址，加一个方向位来改变方向。

 

SCL是用来管秩序的。只要SCL保持高电平状态，SDA正在传的数据就不能乱动，只有把它拉低以后，SDA才能变化。这样确保数据传输不会乱套，所以在实际的传输过程中，SCL会不断地翻转。

 

另外，如果存在许多一样的器件，怎么区分呢？方法是把前几位固定不能动，表示是同一种器件，后面的几位可以动（可编程）。假如后面空出3位，那么就是可编程8个，也就是允许有8个同种器件接到总线上。前面的地址叫“器件地址”，后面的地址叫“首地址”。所以，每次主从通信时，要先传器件地址，加方向位，等器件应答；再传首地址来寻找特定的器件，再加方向位，等待它应答。接着开始数据传输。

写入过程：

读出过程：

 

下面是对于I2C总线模拟的一些关键函数的注释。

//延时10微秒函数
void Delay10us(void)
{
	unsigned char a,b;
	for (b=1;b>0;b--)
		for (a=2;a>0;a--)
			;
}

//I2C起始信号模拟
void I2cStart()
{
	SDA = 1;
	Delay10us();
	SCL =1;
	Delay10us();
	SDA = 0;
	Delay10us();
	SCL =0;
	Delay10us();

}

//I2C停止信号模拟
void I2cStop()
{
	SDA = 0;
	Delay10us();
	SCL =1;
	Delay10us();
	SDA = 1;
	Delay10us();
						   
}

//I2C发送数据函数
unsigned char I2cSendByte(unsigned char dat)
{
	unsigned char a = 0,b;
	for(a=0;a<8;a++)	   //一位一位传输数据
	{
		SDA = dat>>7;	   //右移7位，最高位送给SDA
		dat = dat<<1;	   //左移一位，次高位变成最高位
		Delay10us();
		SCL = 1;
		Delay10us();
		SCL = 0;	//翻转SCL，SCL为低电平时传输的数据才能改变
		Delay10us();
	}
	SDA = 1;
	Delay10us();
	SCL = 1;	   //释放数据线和时钟线
	while(SDA)	   //等待从机应答，如应答则SDA拉低跳出循环
	{
	 	b++;	   //一段时间没有应答就认定为失败
		if(b>200)
			{
				SCL = 0;
				Delay10us();
				return 0;	//数据发送失败
			}
	}
	SCL = 0;
	Delay10us();
	return 1;	 //数据发送成功

}

//I2C读取数据函数
unsigned char I2cReadByte()
{
 	unsigned char a = 0;
	SDA = 1;	//拉高数据线，保持空闲等待数据
	for(a=0;a<8;a++)	//一位一位读取数据
	{
		SCL = 1;	 //拉高时钟线，保持数据稳定，准备接收
		Delay10us();
		dat<<=1;		//左移一位，空出一位准备读数据
		dat |= SDA;		//或运算，dat空出的位为0，如SDA也为0则为0，SDA为1就为1，相当于保存SDA数据
		Delay10us();
		SCL = 0;		//翻转时钟线，使下位数据能够改变
		Delay10us();	
	}
	return dat;	   	//返回读取的数据
}

//向At24C02芯片写数据函数
void At24c02Write(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
 	I2cStart();		//起始信号
	I2cSendByte(0xa0);	  	//发送器件地址（固定）
	I2cSendByte(addr);		//发送首地址（自定）
	I2cSendByte(dat);		//发送数据
	I2cStop();		//停止信号

}

//读数据函数
unsigned char At24c02Read(unsigned char addr)
{
	unsigned char num;
	I2cStart();		//起始信号
	I2cSendByte(0xa0);	  	//发送器件地址（固定）
	I2cSendByte(addr);		//发送首地址（自定）

	I2cStart();				//加一个起始信号，用于改变数据传送方向
	I2cSendByte(0xa1);		//读取器件地址，最后一位表示方向
	num = I2cReadByte();	//保存读取的数据
	I2cStop();		//停止信号

	return num;
}