基于單片機(jī)的I2C總線與AT24C01實(shí)驗(yàn) I2C總線通信原理講解
概述
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，串行通信總線技術(shù)是非常重要的通信手段。常用的串行總線通信方式包括異步串行通信 UART、I2C（Inter IC BUS）、單總線(One WIRE BUS)以及 SPI 總線（Serial Peripheral Interface BUS）等。單片機(jī)的串口通信為 UART 的一種，DS18B20 的通信方式為單總線。采用 I2C 總線通信方式的常用器件包括 E2PROM 存儲(chǔ)器件 AT24C01 以及 AD/DA 器件 PCF8951，這章內(nèi)容主要講解 I2C 總線通信工作原理并結(jié)合 AT24C01 進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。
13.1 I2C 總線通信原理
I2C(Inter-Integrated Circuit)總線是由 PHILIP S 公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行通信總線，由于連接主機(jī)以及外圍設(shè)備。兩根數(shù)據(jù)線一個(gè)為時(shí)鐘線 SCL，另一根為數(shù)據(jù)線 SDA，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。通常將 I2C 通信速率分為：低速模式 100Kbit/s、快速模式 400Kbit/s 以及高速模式 3.4Mbit/s，I2C 器件為向下兼容模式，一般所用 I2C 器件均支持低速模式。I2C 通信器件典型電路如下圖所示：
如上圖所示，在 I2C 總線上掛載多個(gè)外圍器件，總線與電源之間配置了上拉電阻，使所有器件之間形成了“線與”的邏輯關(guān)系，任何一個(gè)器件將總線拉低，總線將保持低電平，因此任意一個(gè)器件都可以當(dāng)成主設(shè)備或者從設(shè)備。
I2C 通信最底層的時(shí)序操作包含四種類(lèi)型的信號(hào)，所用基于 I2C 總線的外圍器件都是在這五種底層信號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，這五種信號(hào)分別是：
1） 起始信號(hào)；
2. 停止信號(hào)；
3. 寫(xiě)字節(jié)信號(hào)；
4. 讀字節(jié)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)；
5. 讀字節(jié)并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)。
13.1.1 I2C 通信起始、停止信號(hào)
起始信號(hào)，功能為通知 I2C 器件可以開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，操作時(shí)序?yàn)椋寒?dāng) SCL 為高電平時(shí)，SDA 由高電平向低電平跳變。停止信號(hào)，功能為通知 I2C 器件數(shù)據(jù)操作已結(jié)束，操作時(shí)序?yàn)椋寒?dāng) SCL 為高電平時(shí)，SDA 由低電平向高電平跳變。時(shí)序如下圖所示：
I2C 起始信號(hào)、停止信號(hào)時(shí)序 C 語(yǔ)言函數(shù)如下所示：
void Delay_I2C(void)
{//延時(shí)函數(shù)，設(shè)置傳輸速率
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
//總線起始信號(hào)
void Start_I2C(void)
{
//SCL高電平期間，拉低SDA
SCL_I2C = 0;
SDA_I2C = 1;//在SCL低電平期間先將SDA拉高，為起始信號(hào)做準(zhǔn)備
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SDA_I2C = 0;//拉低SDA，發(fā)送起始信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
//總線停止信號(hào)
void Stop_I2C(void)
{
//SCL高電平期間，拉高SDA
SCL_I2C = 0;
SDA_I2C = 0;//在SCL低電平期間先將SDA拉低，為停止信號(hào)做準(zhǔn)備
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SDA_I2C = 1;//拉高SDA，發(fā)送停止信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
13.1.2 I2C 寫(xiě)字節(jié)信號(hào)
I2C 寫(xiě)字節(jié)信號(hào)，功能為向總線寫(xiě)入 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)，操作時(shí)序下圖所示：
在寫(xiě)入數(shù)據(jù)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)順序?yàn)閺母呶坏降臀唬钕葘?xiě)入的數(shù)據(jù)為 bit7，依次到 bit0 共 8 位數(shù)據(jù)。如果接收器件收到了上述 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)，會(huì)在 SCL 的第 9 個(gè)周期的高電平期間將 SDA 拉低為“0”，這個(gè)第 9 位數(shù)據(jù)稱(chēng)為應(yīng)答位 ACK，作用為通知主機(jī)已經(jīng)收到了 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，在主機(jī)程序中通過(guò) ACK 位判斷 1 字節(jié)數(shù)據(jù)是否寫(xiě)入成功。在寫(xiě)數(shù)據(jù)的過(guò)程中要求，數(shù)據(jù)在 SCL 高電平期間要保持 SDA 數(shù)據(jù)穩(wěn)定，在 SCL 低電平期間，SDA 可由高電平變?yōu)榈碗娖交蛘叩碗娖阶優(yōu)楦唠娖剑缦聢D所示。
I2C 寫(xiě)字節(jié)信號(hào) C 語(yǔ)言函數(shù)代碼如下圖所示：
//I2C寫(xiě)入字節(jié)dat,返回應(yīng)答信號(hào)
bit Wr_I2C(unsigned char dat)
{
bit ack; //存儲(chǔ)應(yīng)答位
unsigned char mask; //探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
for(mask=0x80;mask!=0;mask >>=1)//從高位依次到低位
{
if((mask & dat)==0) SDA_I2C=0;
else SDA_I2C=1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0; //完成一位的傳送
}
SDA_I2C=1; //主機(jī)釋放總線
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
ack = SDA_I2C;//獲取應(yīng)答位
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
return ack; //返回0寫(xiě)入成功，返回1寫(xiě)入失敗
}
13.1.3 I2C 讀字節(jié)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
I2C 讀字節(jié)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)時(shí)序與圖 13-4 基本相同，只不過(guò) bit7-bit0 由 I2C 從器件給出，在 SCL 高電平期間主機(jī)將數(shù)據(jù)讀取，第 9 位應(yīng)答信號(hào) ACK 由主機(jī)給出，ACK 為“0”表示主機(jī)后續(xù)還要繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)主機(jī)不再讀取后續(xù)數(shù)據(jù)，可以結(jié)束通信。C 語(yǔ)言函數(shù)如下圖所示：
//I2C讀操作,并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
unsigned char RdACK_I2C(void)
{
unsigned char mask; //探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
unsigned char dat;
SDA_I2C=1;//確保主機(jī)釋放SDA
for(mask=0x80;mask!=0;mask >>=1)//從高位依次到低位
{
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
if(SDA_I2C==0) dat &= ~mask;//為0時(shí)，dat對(duì)應(yīng)位清零
else dat |= mask;//否則置1
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
SDA_I2C=0; //8位數(shù)據(jù)傳送完后，拉低SDA發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
return dat;
}
13.1.4 I2C 讀字節(jié)并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
與讀字節(jié)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)相同，唯一的區(qū)別為主機(jī)發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)，即 ACK=1，主機(jī)不再讀取后續(xù)數(shù)據(jù)，可以結(jié)束通信。C 語(yǔ)言函數(shù)如下圖所示：
//I2C讀操作,并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
unsigned char RdNAK_I2C(void)
{
unsigned char mask; //探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
unsigned char dat;
SDA_I2C=1;//確保主機(jī)釋放SDA
for(mask=0x80;mask!=0;mask >>=1)//從高位依次到低位
{
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
if(SDA_I2C==0) dat &= ~mask;//為0時(shí)，dat對(duì)應(yīng)位清零
else dat |= mask;//否則置1
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
SDA_I2C=1; //8位數(shù)據(jù)傳送完后，拉高SDA發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
return dat;
}
將上述 5 個(gè)底層 I2C 總線操作函數(shù)放到文件“Drive_I2C.c”以及“Drive_I2C.h”。
“Drive_I2C.h”完整代碼如下：
#ifndef __I2C_H__
#define __I2C_H__
extern void Start_I2C(void); //起始信號(hào)
extern void Stop_I2C(void); //停止信號(hào)
extern unsigned char RdACK_I2C(void); //讀字節(jié)并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
extern unsigned char RdNAK_I2C(void); //讀字節(jié)并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
extern bit Wr_I2C(unsigned char dat); //讀字節(jié)信號(hào)
#endif
“Drive_I2C.c”完整代碼如下：
#include< reg52.h >
#include< intrins.h >
sbit SCL_I2C = P2^0;//總線管腳定義
sbit SDA_I2C = P2^1;
void Delay_I2C(void)
{//延時(shí)函數(shù)，設(shè)置傳輸速率
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
//總線起始信號(hào)
void Start_I2C(void)
{
//SCL高電平期間，拉低SDA
SCL_I2C = 0;
SDA_I2C = 1;//在SCL低電平期間先將SDA拉高，為起始信號(hào)做準(zhǔn)備
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SDA_I2C = 0;//拉低SDA，發(fā)送起始信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
//總線停止信號(hào)
void Stop_I2C(void)
{
//SCL高電平期間，拉高SDA
SCL_I2C = 0;
SDA_I2C = 0;//在SCL低電平期間先將SDA拉低，為停止信號(hào)做準(zhǔn)備
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SDA_I2C = 1;//拉高SDA，發(fā)送停止信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
//I2C寫(xiě)入字節(jié)dat,返回應(yīng)答信號(hào)
bit Wr_I2C(unsigned char dat)
{
bit ack; //存儲(chǔ)應(yīng)答位
unsigned char mask; //探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
for(mask=0x80;mask!=0;mask >>=1)//從高位依次到低位
{
if((mask & dat)==0) SDA_I2C=0;
else SDA_I2C=1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0; //完成一位的傳送
}
SDA_I2C=1; //主機(jī)釋放總線
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
ack = SDA_I2C;//獲取應(yīng)答位
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
return ack; //返回0寫(xiě)入成功，返回1寫(xiě)入失敗
}
//I2C讀操作,并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
unsigned char RdNAK_I2C(void)
{
unsigned char mask; //探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
unsigned char dat;
SDA_I2C=1;//確保主機(jī)釋放SDA
for(mask=0x80;mask!=0;mask >>=1)//從高位依次到低位
{
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
if(SDA_I2C==0) dat &= ~mask;//為0時(shí)，dat對(duì)應(yīng)位清零
else dat |= mask;//否則置1
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
SDA_I2C=1; //8位數(shù)據(jù)傳送完后，拉高SDA發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
return dat;
}
//I2C讀操作,并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
unsigned char RdACK_I2C(void)
{
unsigned char mask; //探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
unsigned char dat;
SDA_I2C=1;//確保主機(jī)釋放SDA
for(mask=0x80;mask!=0;mask >>=1)//從高位依次到低位
{
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
if(SDA_I2C==0) dat &= ~mask;//為0時(shí)，dat對(duì)應(yīng)位清零
else dat |= mask;//否則置1
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
}
SDA_I2C=0; //8位數(shù)據(jù)傳送完后，拉低SDA發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
Delay_I2C();
SCL_I2C = 1;
Delay_I2C();
SCL_I2C = 0;
return dat;
}
13.1.5 I2C 一次通信時(shí)序
所有基于 I2C 總線通信設(shè)備都是以上面 5 條最底層操作為基礎(chǔ)的，完成一次完整的 I2C 通信時(shí)序如下圖所示：
如圖所示，一次完整的 I2C 總線通信至少包含起始信號(hào) 、一次字節(jié)讀或?qū)懀蛘叨啻巫x或?qū)懀约巴Ｖ剐盘?hào)。在起始信號(hào)與停止信號(hào)之間讀或?qū)懙木唧w內(nèi)容與 I2C 器件本身的上層通信協(xié)議有關(guān)。接下來(lái)我們將講解基于 I2C 總線通信技術(shù)的 E2PROM 存儲(chǔ)器 AT24C01 的上層通信協(xié)議以及具體使用實(shí)例。
13.2 E2PROM 存儲(chǔ)器 AT24C01 應(yīng)用
AT24C01 是 Atmel 公司生產(chǎn)的一款 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，容量為 128 字節(jié)，具有掉電不丟失的功能。在單片機(jī)中也有存儲(chǔ)器，一種為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，一種為程序存儲(chǔ)器，在掉電的情況下 RAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)會(huì)丟失，而程序存儲(chǔ)器一般不支持在線編程。然而在很多應(yīng)用場(chǎng)合我們希望把運(yùn)行過(guò)程中重要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)，而在掉電的情況下數(shù)據(jù)不丟失。AT24C01 能滿(mǎn)足這樣的要求，它與單片之間通過(guò) I2C 總線通信實(shí)現(xiàn)信息的交換。
下面介紹一下芯片管腳，A0~A2 為地址輸入引腳，SDA、SCL 為 I2C 總線接口，VCC，GND 分別為電源和地，WP 為寫(xiě)保護(hù)管腳，當(dāng) WP 接高電平時(shí)，禁止外部對(duì)它進(jìn)行寫(xiě)數(shù)據(jù)，只能讀取它的數(shù)據(jù)。如上圖所示，將 WP 接地，單片機(jī)即可對(duì)它進(jìn)行讀也可以寫(xiě)。
13.2.1 AT24C01 單字節(jié)寫(xiě)通信
AT24C01 寫(xiě)字節(jié)如下圖所示：
如上圖所示，AT24C01 的寫(xiě)字節(jié)時(shí)序步驟如下：
1）起始信號(hào)；
2. 寫(xiě)器件地址；
3. 寫(xiě)存儲(chǔ)地址；
4. 寫(xiě)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；
5. 停止信號(hào)。
當(dāng) I2C 總線上掛載多個(gè)從器件時(shí)，單片機(jī)通過(guò)器件地址來(lái)區(qū)別器件，那在我們開(kāi)發(fā)板上的 AT24C01 的器件地址是多少呢？AT24C01 器件地址如下所示：
如上圖所示，地址的高 4 位為“1010”固定值，即 0x5，后四位分別由 A2-A0、R/W 決定，在 RY-51 開(kāi)發(fā)板上將器件的 A2-A0 都接地，如原理圖所示，因此為“000”，最后一位為讀寫(xiě)方向位，當(dāng) R/W=0 時(shí)，表示我們接下來(lái)寫(xiě)數(shù)據(jù)，當(dāng) R/W=1 時(shí)，表示我們接下來(lái)要讀數(shù)據(jù)。很顯然我們這里是要寫(xiě)數(shù)據(jù)，因此 R/W=0。合并起來(lái)，要寫(xiě)的地址為 0x50。第 3 步為寫(xiě)存儲(chǔ)器地址，AT24C01 總共有 128 字節(jié)的存儲(chǔ)器，它的地址分別為 0x00~0x80，因此可以選擇任一地址存入數(shù)據(jù)。第 4 步為寫(xiě)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即為你寫(xiě)存儲(chǔ)的 8 位數(shù)據(jù)。總結(jié)上述，往 AT24C01 寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)如下所示：
//往AT24C01地址addr寫(xiě)入單字節(jié)數(shù)據(jù)dat
void WrByte_AT24C01(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
Start_I2C();
Wr_I2C(0x50< 1);//通知地址50的器件，接下來(lái)寫(xiě)操作
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的地址addr
Wr_I2C(dat); //向addr寫(xiě)入數(shù)據(jù)dat
Stop_I2C();
}
13.2.2 AT24C01 單字節(jié)讀通信
隨機(jī)讀取 AT24C01 單字節(jié)通信如下圖所示：
隨機(jī)讀取單字節(jié)數(shù)據(jù)通信協(xié)議如上圖所示，步驟如下：
1） 起始信號(hào)
2. 寫(xiě)器件地址，方向?yàn)閷?xiě)；
3. 寫(xiě)存儲(chǔ)器地址 addr；
4. 起始信號(hào)；
5. 寫(xiě)器件地址，方向?yàn)樽x；
6. 讀單字節(jié)數(shù)據(jù)，并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
7. 停止信號(hào)。
第 1 步至第 3 步為告訴 AT24C01 我將從地址 addr 處讀取數(shù)據(jù)，第 4 步到第 6 步為讀取存儲(chǔ)器地址 addr 處的數(shù)據(jù)，并告訴 AT24C01 后面不再繼續(xù)讀數(shù)據(jù)了，第 7 步結(jié)束本次通信。具體函數(shù)代碼如下圖所示：
//讀取AT24C01存儲(chǔ)地址addr處的數(shù)據(jù)
unsigned char RdByte_AT24C01(unsigned char addr)
{
unsigned char dat;
Start_I2C();
Wr_I2C(0x50< 1);//通知地址50的器件，接下來(lái)寫(xiě)操作
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的地址addr
Start_I2C();
Wr_I2C((0x50< 1)|0x01);//通知地址50的器件，接下來(lái)讀操作
dat = RdNAK_I2C();//從地址addr讀出數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)后不應(yīng)答E2Prom
Stop_I2C();
return dat;
}
到這里我們便完成了對(duì) AT24C01 單字節(jié)的讀、寫(xiě)通信函數(shù)，按照慣例我們將函數(shù)封裝到“Drive_AT 24C01.c”、“Drive_AT 24C01.h”，如下。
Drive_AT 24C01.h 代碼：
#ifndef __AT24C01_H__
#define __AT24C02_H__
extern void WrByte_AT24C01(unsigned char addr,unsigned char dat);//寫(xiě)單字節(jié)
extern unsigned char RdByte_AT24C01(unsigned char addr); //讀單字節(jié)
extern void WrStr_AT24C01(unsigned char *str,unsigned char addr,unsigned char len);//寫(xiě)多字節(jié)
extern void RdStr_AT24C01(unsigned char *str,unsigned char addr,unsigned char len);//讀多字節(jié)
#endif
Drive_AT 24C01.c 代碼：
#include< reg52.h >
#include"Drive_I2C.h"
//往AT24C01地址addr寫(xiě)入單字節(jié)數(shù)據(jù)dat
void WrByte_AT24C01(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
Start_I2C();
Wr_I2C(0x50< 1);//通知地址50的器件，接下來(lái)寫(xiě)操作
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的地址addr
Wr_I2C(dat); //向addr寫(xiě)入數(shù)據(jù)dat
Stop_I2C();
}
//讀取AT24C01存儲(chǔ)地址addr處的數(shù)據(jù)
unsigned char RdByte_AT24C01(unsigned char addr)
{
unsigned char dat;
Start_I2C();
Wr_I2C(0x50< 1);//通知地址50的器件，接下來(lái)寫(xiě)操作
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的地址addr
Start_I2C();
Wr_I2C((0x50< 1)|0x01);//通知地址50的器件，接下來(lái)讀操作
dat = RdNAK_I2C();//從地址addr讀出數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)后不應(yīng)答E2Prom
Stop_I2C();
return dat;
}
//多字節(jié)寫(xiě)
void WrStr_AT24C01(unsigned char *str,unsigned char addr,unsigned char len)
{
while(len > 0)//檢測(cè)上一次是否完成所以數(shù)據(jù)寫(xiě)操作
{
while(1)
{//循環(huán)檢測(cè)器件應(yīng)答信號(hào)
Start_I2C();
if(0 == Wr_I2C(0x50< 1)) break;//收到應(yīng)答，跳出循環(huán)
Stop_I2C();//沒(méi)收到應(yīng)答，發(fā)送停止信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)
}
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的初始地址addr
while(len > 0)
{
Wr_I2C(*str++);//寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)，并將字符串指針指向下一個(gè)字符
len--;//字符數(shù)減1
addr++;//存儲(chǔ)地址加1
if(0 == (addr & 0x07))//檢測(cè)是否到達(dá)了下一頁(yè)的起始地址，
break; //即上一個(gè)字節(jié)已經(jīng)寫(xiě)到頁(yè)的最后邊界了
//跳出停止繼續(xù)寫(xiě)，每頁(yè)的起始地址后3位為0
//因此判斷addr后3為是否為0即可
}
Stop_I2C();
}
}
//多字節(jié)讀
void RdStr_AT24C01(unsigned char *str,unsigned char addr,unsigned char len)
{
while(1)
{//循環(huán)檢測(cè)器件應(yīng)答信號(hào)
Start_I2C();
if(0 == Wr_I2C(0x50< 1)) break;//收到應(yīng)答，跳出循環(huán)
Stop_I2C();//沒(méi)收到應(yīng)答，發(fā)送停止信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)
}
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的初始地址addr
Start_I2C();//再次發(fā)送起始信號(hào)
Wr_I2C((0x50< 1)|0x01);//通知地址50的器件，接下來(lái)讀操作
while(len > 1)
{
*str++ = RdACK_I2C();//讀字節(jié)并應(yīng)答
len--;
}
*str = RdNAK_I2C();//最后一個(gè)字節(jié)，讀字節(jié)并非應(yīng)答
Stop_I2C();
}
//尋址AT24C01
bit Addressing_AT24C01(unsigned char addr)
{
bit ack;
Start_I2C();
ack = Wr_I2C(addr< 1);
Stop_I2C();
return ack;
}
如上所示，所有的代碼都是以 I2C 通信的 5 個(gè)底層函數(shù)為基礎(chǔ)的，因此我們需要將“Drive_I2C.h”文件包含到代碼中。
13.2.3 AT24C01 單字節(jié)讀寫(xiě)應(yīng)用
下面我們建立一個(gè)工程，寫(xiě)一個(gè)實(shí)例來(lái)展示單片機(jī)對(duì) AT24C01 的讀寫(xiě)應(yīng)用。應(yīng)用的功能為首先往 AT24C01 存儲(chǔ)器地址 0x08 處寫(xiě)入數(shù)據(jù) 110，然后從該處把數(shù)據(jù)讀出來(lái)顯示在 1602 液晶上，以此來(lái)驗(yàn)證讀寫(xiě)操作的正確性，主文件“MainAT24C01.c”代碼如下所示：
#include < reg52.h >
#include"Drive_AT24C01.h" //包含AT24C01頭文件
#include"Drive_1602.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit DU = P2^7;//數(shù)碼管段選、位選引腳定義
sbit WE = P2^6;
uchar str[10]=0;
void main()
{
uchar dat=0;
Init_1602();
P0 = 0xff;//關(guān)閉所有數(shù)碼管
WE = 1;
WE = 0;
//往AT24C01存儲(chǔ)器地址0x08處寫(xiě)入數(shù)字110
WrByte_AT24C01(0x08,110);
Disp_1602_str(1,2,"AT24C02 test!");
//讀取AT24C01存儲(chǔ)器地址0x08處的數(shù)據(jù)
dat = RdByte_AT24C01(0x08);
str[0]=dat/100+'0';
str[1]=dat%100/10+'0';
str[2]=dat%10+'0';
//將數(shù)據(jù)顯示在1602的第2行第6列處
Disp_1602_str(2,6,str);
while(1);
}
將工程編譯后，下載到開(kāi)發(fā)板驗(yàn)證功能的正確性。
AT24C01 對(duì)寫(xiě)時(shí)序有一個(gè)特殊的要求，當(dāng)完成一次數(shù)據(jù)通信后，需要延遲 tWR 才能開(kāi)始下一次起始信號(hào)如下圖所示，tWR 為 AT24C01 內(nèi)部處理數(shù)據(jù)時(shí)間，查詢(xún) AT24C01 數(shù)據(jù)手冊(cè)可知為 10ms。因此，我們?cè)谥?a target="_blank">程序代碼第 19 行與第 22 行之間插入了第 20 行代碼達(dá)到延時(shí)的目的，我們可以將第 20 行代碼挪到后面測(cè)試一下效果。
13.2.4 AT24C01 多字節(jié)寫(xiě)通信
根據(jù)上面的介紹，大家很容易發(fā)現(xiàn)每隔 10ms 才能進(jìn)行一次正常的寫(xiě)數(shù)據(jù)操作是非常浪費(fèi)時(shí)間的，尤其是在進(jìn)行多個(gè)字節(jié)寫(xiě)操作的時(shí)候。AT24C01 提供了另外一種多字節(jié)的寫(xiě)模式，為頁(yè)操作模式。首先介紹一下 AT24C01 的內(nèi)部存儲(chǔ)器的分頁(yè)結(jié)構(gòu)。AT24C01 總共有 128 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，總共分為 16 頁(yè)，每一頁(yè)總有 8 各字節(jié)。第一頁(yè)的地址范圍為 0x00~0x07，依次往下均分為 16 頁(yè)。頁(yè)操作模式通信時(shí)序如下圖所示：
如上如所示，首先發(fā)送起始信號(hào)、寫(xiě)器件地址、寫(xiě)起始地址，緊接著寫(xiě)入多個(gè)字節(jié)，寫(xiě)完一個(gè)字節(jié)，器件內(nèi)部會(huì)將地址自動(dòng)加 1，最后結(jié)束信號(hào)。這里需要注意的是，連續(xù)寫(xiě)的多個(gè)字節(jié)必須在同一頁(yè)內(nèi)，不能進(jìn)行跨頁(yè)連續(xù)讀寫(xiě)，因此一次通信周期內(nèi)最多可以寫(xiě)入 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果我們需要寫(xiě)的數(shù)據(jù)很多，而一頁(yè)寫(xiě)不下怎么辦？首先，啟動(dòng)頁(yè)寫(xiě)通信，在寫(xiě)的過(guò)程中判斷是否要寫(xiě)到頁(yè)的邊界了，當(dāng)?shù)竭_(dá)頁(yè)邊界后停止該次頁(yè)寫(xiě)通信，再重新發(fā)起頁(yè)寫(xiě)通信將剩余的數(shù)據(jù)寫(xiě)入，這樣便實(shí)現(xiàn)了任意個(gè)字節(jié)的寫(xiě)入，具體函數(shù)如下圖所示。其中，str 為需要寫(xiě)入的字符串，addr 為寫(xiě)入 AT24C01 的起始地址，len 為寫(xiě)入字符個(gè)數(shù)。多字節(jié)寫(xiě)數(shù)據(jù)代碼如下：
//多字節(jié)寫(xiě)
void WrStr_AT24C01(unsigned char *str,unsigned char addr,unsigned char len)
{
while(len > 0)//檢測(cè)上一次是否完成所以數(shù)據(jù)寫(xiě)操作
{
while(1)
{//循環(huán)檢測(cè)器件應(yīng)答信號(hào)
Start_I2C();
if(0 == Wr_I2C(0x50< 1)) break;//收到應(yīng)答，跳出循環(huán)
Stop_I2C();//沒(méi)收到應(yīng)答，發(fā)送停止信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)
}
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的初始地址addr
while(len > 0)
{
Wr_I2C(*str++);//寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)，并將字符串指針指向下一個(gè)字符
len--;//字符數(shù)減1
addr++;//存儲(chǔ)地址加1
if(0 == (addr & 0x07))//檢測(cè)是否到達(dá)了下一頁(yè)的起始地址，
break; //即上一個(gè)字節(jié)已經(jīng)寫(xiě)到頁(yè)的最后邊界了
//跳出停止繼續(xù)寫(xiě)，每頁(yè)的起始地址后3位為0
//因此判斷addr后3為是否為0即可
}
Stop_I2C();
}
}
13.2.5 AT24C01 多字節(jié)讀通信
多字節(jié)讀時(shí)序如下圖所示，與單字節(jié)類(lèi)似，只是在第一個(gè)數(shù)據(jù)緊接著著讀取多個(gè)數(shù)據(jù)，這里要注意的是只有最后一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，前面的數(shù)據(jù)均發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，這個(gè)也很好理解，應(yīng)為我們都到最后一個(gè)字節(jié)時(shí)要告訴 AT24C01 我們不再繼續(xù)讀數(shù)據(jù)了，因此發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)。
多字節(jié)讀取函數(shù)代碼如下圖所示：
//多字節(jié)讀
void RdStr_AT24C01(unsigned char *str,unsigned char addr,unsigned char len)
{
while(1)
{//循環(huán)檢測(cè)器件應(yīng)答信號(hào)
Start_I2C();
if(0 == Wr_I2C(0x50< 1)) break;//收到應(yīng)答，跳出循環(huán)
Stop_I2C();//沒(méi)收到應(yīng)答，發(fā)送停止信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)
}
Wr_I2C(addr); //寫(xiě)入要操作的初始地址addr
Start_I2C();//再次發(fā)送起始信號(hào)
Wr_I2C((0x50< 1)|0x01);//通知地址50的器件，接下來(lái)讀操作
while(len > 1)
{
*str++ = RdACK_I2C();//讀字節(jié)并應(yīng)答
len--;
}
*str = RdNAK_I2C();//最后一個(gè)字節(jié)，讀字節(jié)并非應(yīng)答
Stop_I2C();
}
將上述的多字節(jié)寫(xiě)、多字節(jié)讀取函數(shù)添加到驅(qū)動(dòng)文件“Drive_AT 24C01.c”、“Drive_AT 24C01.h”中，后續(xù)應(yīng)用中只需要將文件添加到項(xiàng)目中，調(diào)用相關(guān)的函數(shù)就可以了。
13.2.6 AT24C01 多字節(jié)讀寫(xiě)應(yīng)用
本小節(jié)實(shí)現(xiàn) AT24C01 多字節(jié)的讀寫(xiě)應(yīng)用，先向 AT24C01 連續(xù)寫(xiě)入多字節(jié)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)讀出顯示在 1602 液晶顯示模塊上，驗(yàn)證讀寫(xiě)的正確性。主程序代碼如下所示：
#include < reg52.h >
#include"Drive_AT24C01.h" //包含AT24C01頭文件
#include"Drive_1602.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit DU = P2^7;//數(shù)碼管段選、位選引腳定義
sbit WE = P2^6;
uchar str1[]="AT24c01 Wr Str!";
uchar str2[20];
void main()
{
uchar dat=0;
P0 = 0;//關(guān)閉所有數(shù)碼管
WE = 1;
WE = 0;
Init_1602();//1602初始化
WrStr_AT24C01(str1,0x05,16);//寫(xiě)入16個(gè)字節(jié)
RdStr_AT24C01(str2,0x05,16);//讀取16個(gè)字節(jié)
Disp_1602_str(1,1,str2); //將數(shù)據(jù)從第一行第一列開(kāi)始顯示
while(1);
}
如代碼所示，從地址 0x05 開(kāi)始寫(xiě)入 16 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，由于 AT24C01 為 8 個(gè)字節(jié)為一頁(yè)，因此本次為橫跨了 3 頁(yè)的寫(xiě)操作，有效的驗(yàn)證的多字節(jié)的寫(xiě)操作。
13.3 本章小結(jié)
本章詳細(xì)介紹了I2C總線的通信原理，以及驅(qū)動(dòng)函數(shù)的編寫(xiě)，AT24C01芯片的使用。
-
單片機(jī)
+關(guān)注
關(guān)注
6035文章
44554瀏覽量
634651 -
uart
+關(guān)注
關(guān)注
22文章
1235瀏覽量
101354 -
I2C總線
+關(guān)注
關(guān)注
8文章
390瀏覽量
60916 -
總線通信
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
49瀏覽量
11829 -
AT24C01
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
3瀏覽量
5252
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
i2c總線ppt(I2C總線器件應(yīng)用)
基于I2C總線的單主多從單片機(jī)之間的通信
I2C總線的單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)及其應(yīng)用
PIC單片機(jī)的I2C 24LC02 C讀寫(xiě)程序
AVR單片機(jī)I2C總線實(shí)驗(yàn)
基于CPLD的I2C總線接口設(shè)計(jì)
80C51單片機(jī)模擬I2C總線的主機(jī)程序分享
基于MCS-51單片機(jī)I2C總線接口電路的設(shè)計(jì)
使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)I2C總線的實(shí)驗(yàn)文件免費(fèi)下載
I2C總線的基本通信總結(jié)
51單片機(jī)——I2C總線
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論