I2C總線(xiàn)的單片機C語(yǔ)言實(shí)現及其應用

1　I2C總線(xiàn)概述

I2C（Intel－Integrated Circuit）總線(xiàn)是荷蘭的Philips公司于八十年代初推出的一種芯片間串行總線(xiàn)擴展技術(shù)。它用兩根線(xiàn)（數據線(xiàn)SDA、時(shí)鐘線(xiàn)SCL）可完成總線(xiàn)上主機與器件的全雙工同步數據傳送，可極方便地構成多主機系統和外圍器件擴展系統。I2C總線(xiàn)支持所有NMOS、CMOS、TTL等工藝制造的器件，其上所有的節點(diǎn)都連到同名的SDA、SCL上。I2C總方法，數據傳送都有相同的操作模式，接口電器特性相同且獨立，可在系統供電情況下從系統中移去或增加IC芯片，有I2C接口的外圍器件都有應答能力，讀寫(xiě)片內單元時(shí)有地址自動(dòng)加1功能，易實(shí)現多個(gè)字節的自動(dòng)操作。近年來(lái)，國際上有關(guān)公司制造了多達幾百種的I2C總線(xiàn)器件，如8051系列單片機8XC752、LCD驅動(dòng)器、RAM、I／O接口等芯片都使用了I2C總線(xiàn)接口。隨著(zhù)數字技術(shù)的發(fā)展，I2C總線(xiàn)控制系統已經(jīng)應用于越來(lái)越多的電子產(chǎn)品。

2　I2C總線(xiàn)的數據傳輸

2．1　接口特性

I2C總線(xiàn)接口的數據線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL必須經(jīng)過(guò)上拉電阻接到正電源VDD上，各個(gè)I2C接口電路輸出端必須是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路，以便完成“線(xiàn)與”的功能。I2C的SDA和SCL都是雙向傳輸線(xiàn)，當總線(xiàn)空閑時(shí)，此兩線(xiàn)都是“1”（高電平）。由于不同的器件都會(huì )接到I2C總線(xiàn)，邏輯的“0”（低）及“1”（高）的信號電平取決于VDD的電壓?？偩€(xiàn)上能連接的最大器件數取決于其電容容限400PF。

2．2　I2C總線(xiàn)上的傳輸時(shí)序

I2C總線(xiàn)上每傳輸一位數據都有一個(gè)時(shí)鐘脈沖相對應，在標準模式下可達100 kbit／s，高速模式下可達400kbit／s，總線(xiàn)上依據器件功能不同可建立簡(jiǎn)單的主／從關(guān)系（master／slave），只有帶CPU的器件才可成主控器。圖1為I2C總線(xiàn)一次完整的數據傳輸。SCL為高期間，SDA狀態(tài)必須穩定，SCL為低時(shí)才允許SDA狀態(tài)變化。SCL保持高電平期間，SDA出現由高至低的轉換將啟動(dòng)I2C總線(xiàn)，出現由低至高的轉換將停止數據傳輸。起始和終止信號通常由主控器產(chǎn)生。I2C總線(xiàn)的信號時(shí)序有嚴格規定，本應用采用標準模式，SCL低電平周期≥4．7μs，SCL高電平周期≥4．0μs，START和STOP之間的總線(xiàn)空閑時(shí)間≥4．7μs。

I2C 總線(xiàn)上傳送的每個(gè)字節必須為8位，啟動(dòng)和停止之間可傳輸的數據字節數不受限制。采用串行傳送，首先傳送最高位，每傳送一個(gè)字節后必須跟一個(gè)應答位。主控器產(chǎn)生應答所需的時(shí)鐘脈沖期間，發(fā)送器必須釋放數據線(xiàn)（SDA為高），以便接收器輸出應答位。低電平為應答信號，高電平為非應答信號。非應答信號是當主控器作為接收器時(shí)，收到最后一個(gè)字節數據后，必須發(fā)送一個(gè)非應答信號給被控發(fā)送器，使被控發(fā)送器釋放數據線(xiàn)，以便主控器發(fā)停止信號，終止數據傳送。當從器件不能再接收字節時(shí)也會(huì )出現非應答信號這種情況。

I2C總線(xiàn)上的器件一般有兩個(gè)地址：受控地址和通用廣播訪(fǎng)問(wèn)地址，每個(gè)器件有唯一的受控地址用于定點(diǎn)通信，而相同的通用廣播訪(fǎng)問(wèn)地址則用于主控方同時(shí)對所有器件進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。如圖1所示，起始信號后主控器發(fā)送的第一個(gè)字節就是被讀器件的受控地址，稱(chēng)作尋址字節。尋址字節由高7位地址和最低1位方向位組成，方向位為“0”表明主控器對被控器的寫(xiě)操作（W），方向位為 “1”表明對被控器的讀操作（R）?？偩€(xiàn)上每個(gè)器件在起始信號后都把自己的地址與尋址字節的前7位相比較，如相同則器件被選中，產(chǎn)生應答，并根據讀寫(xiě)位決定在數據傳送中是接收還是發(fā)送。無(wú)論是主發(fā)、主收還是從發(fā)、從收，都是由主器件控制，數據傳送完后，主控器都必須發(fā)停止信號。

3　I2C總線(xiàn)的C51語(yǔ)言實(shí)現

C51語(yǔ)言是針對Intel的8位單片機MCS－51系列而開(kāi)發(fā)的、具有一般C語(yǔ)言特點(diǎn)的高級編程語(yǔ)言。從1985年至今，有許多公司推出 51系列的C語(yǔ)言編譯器，其中以Franklin C51編譯器在代碼生成方面較為領(lǐng)先，它可生成最少的代碼，支持浮點(diǎn)和長(cháng)整數、重入和遞歸。頭文件reg51．h中包含了51單片機的特殊功能寄存器（SFR）的字節定義與位定義。為了與具有I2C總線(xiàn)接口的51單片機兼容，可在程序開(kāi)始處定義單片機的P1．6和P1．7作為I2C總線(xiàn)的SCL和SDA信號，實(shí)際中也可用其它的I／O引腳作為SCL和SDA信號。C51語(yǔ)言中只要用賦值語(yǔ)句”＝”就可實(shí)現I／O口某位的數據輸出和讀入?，F將I2C總線(xiàn)底層讀寫(xiě)函數接口及功能列舉如下，它可用于沒(méi)有內部I2C接口的51系列單片機與I2C總線(xiàn)器件通信。
＃include＜reg51．h＞
／＊全局符號定義＊／
＃define HIGH1
＃define LOW 0
＃define FALSE0
＃define TRUE1
＃define time 1
＃define uchar unsigned char　　
＃define uint unsigned int
sbit SCL＝P1＾6；
sbie SDA＝P1＾7；

1）函數原型：void delay（uchar nu m）　

功　　能：用for（）循環(huán)提供延時(shí)。在實(shí)際應用中可依具體情況改變傳入參數，但必須滿(mǎn)足I2C總線(xiàn)時(shí)序中對SCL高、低電平周期的要求，本應用中取1，調用形式為delay（time）。

2）函數原型：void start（void）　

功　　能：提供I2C總線(xiàn)工作時(shí)序中的起始位，在SCL＝HIGH期間，SDA出現由高到底的轉變，返回前將SCL拉低，允許數據變化，準備傳輸。其中調用函數1。

3）函數原型：void stop（void）　

功　　能：函數提供I2C總線(xiàn)工作時(shí)序中的起始位，在SCL＝HIGH期間，SDA出現由低到高的轉變。其中調用函數1。

4）函數原型：void sendbyte（uchar b，uchar＊error）　

功　　能：在時(shí)鐘作用下，將入口參數b中8位數據由高至低通過(guò)SDA線(xiàn)發(fā)送，并讀回應答信號，存于指針變量＊error中。其中調用函數1、2、3。

5）函數原型：void readbyte（uchar＊b，bit Ack）　

功　　能：函數在時(shí)鐘作用下接收8位數據，存于＊b中，先接收的為高位，并發(fā)送應答信號（Ack＝0），當接收到最后一字節時(shí)發(fā)送非應答（Ack＝1）。其中調用函數1、2、3。

6）函數原型：void send－n－byte（uchar＊info，uint n，uchar address，uchar＊fault）　功　　能：向I2C器件連續發(fā)送n個(gè)數據字節，數據存于數組info［］中，address為器件受控地址，末位為0（寫(xiě)），n個(gè)數據的地址可作為數據字節發(fā)送，或設置地址自動(dòng)加減功能。＊fault存收到的應答位。其中調用函數1－4.

7）函數原型：void receive＿n＿byte（uchar＊info，uint n，uchar address，uchar＊fault）　

功　　能：從I2 C器件連續接收n個(gè)字節的數據，存于數組info［］中，address為器件地址，本函數保證器件地址末位是1（讀），n個(gè)數據的器件內地址可作為數據字節發(fā)送，或設置地址自動(dòng)加減功能。收最后一字節時(shí)發(fā)非應答信號1。＊fault存收到的應答位。其中調用函數1－5。

以下僅以sendbyte（）函數原型為例說(shuō)明C51如何具體實(shí)現I2C總線(xiàn)的發(fā)送：
void sendbyte（uchar b，uchar＊error）
｛int count；
bit data＿bit；
＊error＝0；
for（count＝7；count＞＝0；count－－）
｛data＿bit＝（bit）（b＆0x80）；
b＝b＜＜1；
／＊送數據位，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖＊／
SDA＝data＿bit；
SCL＝LOW；delay（time）；
SCL＝HIGH；delay（time）；
SCL＝LOW；delay（time）；
｝
／＊釋放數據線(xiàn)，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，讀回應答＊／
SDA＝HIGH；

SCL＝LOW；delay（time）；
SCL＝HIGH；delay（time）；
＊error＝（uchar）SDA；
／＊釋放數據線(xiàn)，時(shí)鐘置低＊／
SDA＝HIGH；
SCL＝LOW；delay（time）；｝