扩展：51单片机配置I2C及其简单应用
扩展：51单片机配置I2C及其简单应用
1. I2C协议简介
I2C是由Philips公司发明的一种串行数据通信协议，仅使用两根信号线：SerialClock（简称SCL）和SerialData（简称SDA）。I2C是总线结构，1个Master，1个或多个Slave，各Slave设备以7位地址区分，地址后面再跟1位读写位，表示读（=1）或者写（=0），所以我们有时也可看到8位形式的设备地址，此时每个设备有读、写两个地址，高7位地址其实是相同的。
I2C数据格式如下：
无数据：SCL=1，SDA=1；
开始位（Start）：当SCL=1时，SDA由1向0跳变；
停止位（Stop）：当SCL=1时，SDA由0向1跳变；
数据位：当SCL由0向1跳变时，由发送方控制SDA，此时SDA为有效数据，不可随意改变SDA；
当SCL保持为0时，SDA上的数据可随意改变；
地址位：定义同数据位，但只由Master发给Slave；
应答位（ACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=0；
否应答位（NACK）：当发送方传送完8位时，发送方释放SDA，由接收方控制SDA，且SDA=1。
当数据为单字节传送时，格式为：
开始位，8位地址位（含1位读写位），应答，8位数据，应答，停止位。
2. 配置I2C总线
- 定义I2C引脚：
- I2C总线由两条线组成：SCL（时钟线）和SDA（数据线）。你需要在51单片机上选择合适的引脚作为这两条线。
- 初始化I2C接口：
- 如果51单片机具有硬件I2C模块，配置寄存器以设置SCL和SDA的功能。大多数51单片机没有硬件I2C模块，因此需要通过软件实现。
- 软件实现通常涉及到使用定时器产生时钟信号，并在特定时序下控制数据线的状态。
- I2C通信的基本步骤：
- 开始条件：主设备拉低SDA线，同时保持SCL线为高电平。
- 发送数据：将数据位在SDA线上发送，时钟信号由SCL线控制。
- 接收数据：从设备在SDA线上发送数据，主设备提供时钟信号。
- 停止条件：主设备将SDA线拉高，同时保持SCL线为高电平。
3. 51单片机上I2C的简单应用示例
假设我们使用的是8051单片机和一个常见的I2C EEPROM芯片（如24LC256）。以下是一个简单的I2C写操作示例：
- 初始化I2C：
#define SCL P1_0 // 假设SCL连接到P1.0
#define SDA P1_1 // 假设SDA连接到P1.1
void I2C_Init() {
SCL = 1; // 初始化SCL为高
SDA = 1; // 初始化SDA为高
}
- 发送I2C开始条件：
void I2C_Start() {
SDA = 1; // 确保SDA为高
SCL = 1; // 确保SCL为高
SDA = 0; // 拉低SDA，产生开始条件
SCL = 0; // 拉低SCL
}
- 发送字节数据：
void I2C_SendByte(unsigned char data) {
for (int i = 0; i < 8; i++) {
if (data & 0x80) {
SDA = 1; // 发送1
} else {
SDA = 0; // 发送0
}
SCL = 1; // 产生时钟信号
SCL = 0;
data <<= 1; // 处理下一个数据位
}
}
- 发送I2C停止条件：
void I2C_Stop() {
SDA = 0; // 确保SDA为低
SCL = 1; // 拉高SCL
SDA = 1; // 拉高SDA，产生停止条件
}
- 写数据到EEPROM：
void I2C_WriteEEPROM(unsigned char address, unsigned char data) {
I2C_Start();
I2C_SendByte(0xA0); // EEPROM设备地址，假设写操作
I2C_SendByte(address); // 写入地址
I2C_SendByte(data); // 写入数据
I2C_Stop();
}
说明
- I2C_Start：产生一个I2C开始条件。
- I2C_SendByte：发送一个字节的数据，SDA线上的数据会在SCL线的时钟信号下发送。
- I2C_Stop：产生一个I2C停止条件。
- I2C_WriteEEPROM：执行写操作，包括发送设备地址、地址和数据字节。
