用匯編實(shí)現I2C BUS總線(xiàn)協(xié)議
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摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了I2C串行總線(xiàn)結構和特點(diǎn)，并結合其在單片機（GMS97C2051）上的應用，以24LC01BEEPROM為例，給出了用匯編語(yǔ)言實(shí)現該協(xié)議的程序。
關(guān)鍵詞：I2C總線(xiàn) 單片機
I2C總線(xiàn)
PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線(xiàn)，它具備多主機系統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(xiàn)。
I2C總線(xiàn)硬件結構
I2C串行總線(xiàn)有兩根信號線(xiàn)，一根是雙向的數據線(xiàn)SDA，另一根是時(shí)鐘線(xiàn)SCL。所有接到I2C總線(xiàn)睥設備的串行數據SDA都接到總線(xiàn)的SDA線(xiàn)，各設備的時(shí)鐘線(xiàn)SCL接到總線(xiàn)的SCL。典型的I2C總線(xiàn)結構如圖1。
為了避免總線(xiàn)信號的混亂，要求各設備連接到總線(xiàn)的輸出端必須是開(kāi)漏輸出或集電極開(kāi)路輸出的電路結構。設備與總線(xiàn)的接口電路如圖2所示。
I2C總線(xiàn)數據傳送率可達每秒十萬(wàn)位，高速方式可高達每秒四十萬(wàn)位?？偩€(xiàn)上允許連接設備數以總線(xiàn)上的電容量不超過(guò)400pF為限。
I2C數據傳輸
在I2C 總線(xiàn)傳輸過(guò)程中，將兩種特定的情況定義為開(kāi)始和停止條件（如圖3）：錄SCL保持“高”，SDA由“高”變?yōu)椤暗汀睍r(shí)為開(kāi)始條件，SCL保持“高”， SDA由“低”變?yōu)椤案摺笔菫橥Ｖ箺l件。開(kāi)始和停止條件由主控器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測開(kāi)始和停止條件，沒(méi)有這種接口的微機必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對SDA取樣以便檢測這種變化。
SDA 線(xiàn)上的數據在時(shí)鐘“高”期間必須是穩定的，只有當SCL線(xiàn)上的時(shí)鐘信號為低時(shí)，數據線(xiàn)上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線(xiàn)上的每個(gè)字節必須是8位，每次傳輸的字節不受限制，每個(gè)字節必須有一個(gè)應答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內部中斷）前不能接收另一數據的完整字節時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線(xiàn)SCL為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài)，當接收器準備好接受數據的其它字節并釋放時(shí)鐘SCL后，數據傳輸繼續進(jìn)行。I2C數據總線(xiàn)傳達時(shí)序如圖 4。
數據傳送具有應答是必須的。與應答對應的時(shí)鐘脈沖由主控制產(chǎn)生，發(fā)送器在應答期間必須下拉SDA線(xiàn)。當導址的被控器件不能應答時(shí)，數據保護為高，接著(zhù)主控制產(chǎn)生停止條件終止傳輸。
I2C總線(xiàn)的應用
下面就是用GMS97C2051（武漢力源公司產(chǎn)品，與AT89C2051兼容）的通用I/O口作為I2C總線(xiàn)接口，由軟件控制實(shí)現數據傳送，圖5為其連線(xiàn)路圖。
在單主控器的系統中，時(shí)鐘線(xiàn)僅由主控器驅動(dòng)，因此可以用51的一根I/O線(xiàn)作為SCL信號線(xiàn)，將其設置為輸出方式，由軟件控制產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號，在實(shí)際系統中使用P1.3，另一根I/O線(xiàn)P1.2作為I2C總線(xiàn)的串行數據線(xiàn)，由軟件控制在時(shí)鐘的低電平期間讀取或輸出數據。系統傳輸數據的過(guò)程如下：先由單片機給出一個(gè)啟始數據信號，接著(zhù)送出要訪(fǎng)問(wèn)器件的7位地址數據，并等待被控器件的就答信號，當收到應答信號后，根據訪(fǎng)問(wèn)要求進(jìn)行相應的操作。如果是讀入數據，則數據線(xiàn)可一直設為輸入方式，中間不需要改變SDA線(xiàn)的工作方式，在每讀和主個(gè)字節，均應依次檢測應答信號，如果是輸出數據，則首先將SDA設置為輸出方式，當發(fā)送完一個(gè)字節后，需要改變SDA線(xiàn)為輸入方式，此時(shí)讀入被控器件的應答信號，至此完成了一個(gè)字節的傳送。當所有數據傳輸完比，應向SDA 發(fā)出一個(gè)停止信號，結束該次數據傳輸。
以下用51匯編語(yǔ)言實(shí)現啟始、停止、讀、寫(xiě)、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)讀數據程序：
讀字節可以在當前地址讀(CURRENT READ)，可以隨機讀(RANDOM READ)，讀出數據的最后一個(gè)字節后不用加應答信號。
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(xiě)數據程序：
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
連續寫(xiě)的兩個(gè)字節之間最好是要有10ms的延時(shí)。當然，也可以進(jìn)行頁(yè)寫(xiě)（PAGE WTITE），一次性連續寫(xiě)8個(gè)字節，每個(gè)字節后要一個(gè)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
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