51單片機控制24C02串行E2PROM的讀寫(xiě)

2．雙向傳輸的接口特性　傳統的單片機串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線(xiàn)，如MCS51系列的TXD和RXD，而I2C總線(xiàn)則根據器件的功能通過(guò)軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當某個(gè)器件向總線(xiàn)上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當其從總線(xiàn)上接收信息時(shí)，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動(dòng)總線(xiàn)上傳送數據并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認為是從器件。I2C總線(xiàn)的控制完全由掛接在總線(xiàn)上的主器件送出的地址和數據決定。在總線(xiàn)上，既沒(méi)有中心機，也沒(méi)有優(yōu)先機。

　　總線(xiàn)上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時(shí)數據傳送的方向。SDA和SCL均為雙向I/O線(xiàn)，通過(guò)上拉電阻接正電源。當總線(xiàn)空閑時(shí)，兩根線(xiàn)都是高電平。連接總線(xiàn)的器件的輸出級必須是集電極或漏極開(kāi)路，以具有線(xiàn)“與”功能。I2C總線(xiàn)的數據傳送速率在標準工作方式下為100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達400kbit/s。

　　3．I2C總線(xiàn)上的時(shí)鐘信號　在I2C總線(xiàn)上傳送信息時(shí)的時(shí)鐘同步信號是由掛接在SCL時(shí)鐘線(xiàn)上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL線(xiàn)上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個(gè)器件的時(shí)鐘信號下跳為低電平，將使SCL線(xiàn)一直保持低電平，使SCL線(xiàn)上的所有器件開(kāi)始低電平期。此時(shí)，低電平周期短的器件的時(shí)鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線(xiàn)的狀態(tài)，于是這些器件將進(jìn)入高電平等待的狀態(tài)。

　　當所有器件的時(shí)鐘信號都上跳為高電平時(shí)，低電平期結束，SCL線(xiàn)被釋放返回高電平，即所有的器件都同時(shí)開(kāi)始它們的高電平期。其后，第一個(gè)結束高電平期的器件又將SCL線(xiàn)拉成低電平。這樣就在SCL線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)同步時(shí)鐘?？梢?jiàn)，時(shí)鐘低電平時(shí)間由時(shí)鐘低電平期最長(cháng)的器件確定，而時(shí)鐘高電平時(shí)間由時(shí)鐘高電平期最短的器件確定。

　　4．數據的傳送　在數據傳送過(guò)程中，必須確認數據傳送的開(kāi)始和結束。在I2C總線(xiàn)技術(shù)規范中，開(kāi)始和結束信號（也稱(chēng)啟動(dòng)和停止信號）的定義如圖2所示。當時(shí)鐘線(xiàn)SCL為高電平時(shí)，數據線(xiàn)SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開(kāi)始”信號；當SCL線(xiàn)為高電平時(shí)，SDA線(xiàn)發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y束”信號。開(kāi)始和結束信號都是由主器件產(chǎn)生。在開(kāi)始信號以后，總線(xiàn)即被認為處于忙狀態(tài)；在結束信號以后的一段時(shí)間內，總線(xiàn)被認為是空閑的。

I2C總線(xiàn)的數據傳送格式是：在I2C總線(xiàn)開(kāi)始信號后，送出的第一個(gè)字節數據是用來(lái)選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫(xiě)到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開(kāi)始信號后，系統中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線(xiàn)上的地址進(jìn)行比較，如果與主器件發(fā)送到總線(xiàn)上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/W)確定。

　　在I2C總線(xiàn)上每次傳送的數據字節數不限，但每一個(gè)字節必須為8位，而且每個(gè)傳送的字節后面必須跟一個(gè)認可位（第9位），也叫應答位（ACK）。數據的傳送過(guò)程如圖3所示。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個(gè)字節后都會(huì )作出響應，即釋放SCL線(xiàn)返回高電平，準備接收下一個(gè)數據字節，主器件可繼續傳送。如果從器件正在處理一個(gè)實(shí)時(shí)事件而不能接收數據時(shí)，（例如正在處理一個(gè)內部中斷，在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收I2C總線(xiàn)上的數據字節）可以使時(shí)鐘SCL線(xiàn)保持低電平，從器件必須使SDA保持高電平，此時(shí)主器件產(chǎn)生1個(gè)結束信號，使傳送異常結束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當從器件處理完畢時(shí)將釋放SCL線(xiàn)，主器件繼續傳送。

當主器件發(fā)送完一個(gè)字節的數據后，接著(zhù)發(fā)出對應于SCL線(xiàn)上的一個(gè)時(shí)鐘（ACK）認可位，在此時(shí)鐘內主器件釋放SDA線(xiàn)，一個(gè)字節傳送結束，而從器件的響應信號將SDA線(xiàn)拉成低電平，使SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩定的低電平。從器件的響應信號結束后，SDA線(xiàn)返回高電平，進(jìn)入下一個(gè)傳送周期。

　　I2C總線(xiàn)還具有廣播呼叫地址用于尋址總線(xiàn)上所有器件的功能。若一個(gè)器件不需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數據，則可以忽略該地址不作響應。如果該器件需要廣播呼叫尋址中提供的數據，則應對地址作出響應，其表現為一個(gè)接收器。

　　5．總線(xiàn)競爭的仲裁　總線(xiàn)上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì )發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)的情況。例如，多單片機系統中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機要同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數據，這種情況叫做總線(xiàn)競爭。I2C總線(xiàn)具有多主控能力，可以對發(fā)生在SDA線(xiàn)上的總線(xiàn)競爭進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDA總線(xiàn)電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出級?？偩€(xiàn)競爭的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數據位的比較，從而確保了競爭仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線(xiàn)上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì )造成信息的丟失。

　　6. I2C總線(xiàn)接口器件　目前在視頻處理、移動(dòng)通信等領(lǐng)域采用I2C總線(xiàn)接口器件已經(jīng)比較普遍。另外，通用的I2C總線(xiàn)接口器件，如帶I2C總線(xiàn)的單片機、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驅動(dòng)器等器件，也越來(lái)越多地應用于計算機及自動(dòng)控制系統中。 上拉電阻相關(guān)文章:上拉電阻原理