【单片机基础】I2C通信-基于STC89C52RC

文章目录

1、IIC总线结构
2、IIC总线传输协议
3、完整工程代码

1、IIC总线结构

IIC总线是philips公司在八十年代初推出的一种串行、半双工总线。主要用于近距离、低速的芯片之间通信；IIC总线有两根双向的信号线，一根数据线SDA用于收发数据一根时钟线SCL用于通信双方时钟同步。
IIC总线硬件简单，成本较低，因此在各个领域得到广泛的应用。
IIC总线是一种多主机总线，连接在IIC总线上的器件分为主机和从机。
主机有权发起和结束一次通信，而从机只能被主机呼叫。
当总线上有多个主机同时启用总线时，IIC也具备冲突检测和仲裁的功能防止错误产生。
每个连接IIC总线上的器件都有一个唯一的地址（7bit），且每个器件都可以作为8. 主机也可以作为从机（同一时刻只能有一个从机），总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作。
IIC总线在通信时总线上发送数据的器件位发送器，接收数据的器件位接收器
理论上一条IIC总线可以挂载127个从器件（由IIC地址觉定，8位地址减去1位广播位，2^7=128，但是0x00不用所以就是127个器件）

IIC完整通信过程
1、主机发送起始信号启动总线
2、主机发送一个字节数据指明从机地址后续字节传送的方向
3、被寻址的从机发送应答信号回应主机
4、发生器发送一个字节数据
（循环步骤4-5）
n、通信完成后发送停止信号释放总线

IIC总线寻址方式：
IIC总线上发送数据是广义的，既包括地址，又包括真正的数据
主机发送起始信号必须先发送一个字节数据，该数据的高7位为从机地址，最低位表示后续字节传送方向，‘0’表示主机发送数据，‘1’表示主机接收数据
总线上所有的从机接收的该字节数据后都将这7位地址与自己地址进行比较，如果相同，则认为自己被主机寻址，然后根据第八位将自己定义为发生器还是接收器。

2、IIC总线传输协议

数据位的有效性规定：SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。
IIC的起始和终止信号
-SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平变化表示终止信号。
起始和停止条件一般由主机产生，总线在起始条件后被认为处于忙的状态，在停止条件的某段时间后，总线被认为再次处于空闲状态。

模拟IIC参考代码

//I2C总线起始信号
void I2cStart(void)
{SCL = 1;SDA = 1;I2cDelay_5us();//状态保持5usSDA = 0;I2cDelay_5us();//状态保持5us
}//I2C总线停止信号
void I2cStop(void)
{SCL = 0;SDA = 0;SCL = 1;I2cDelay_5us();//状态保持5usSDA = 1;I2cDelay_5us();//状态保持5us
}

传输数据
发送到SDA线上的每个字节必须为8位，每次传输可以发送的字节数量不受限制，每个字节后必须更上一个响应位。

主机在发送数据时，都需要读取从机应答位，当从机空闲可以接受该字节数据时，从机发出应答（低电平），当从机正忙于其他工作处理来不及接受时，从机发出非应答（高电平），主机可以通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据。
当主机接收数据接收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号，这个信号是由从机的“非应答”来实现，然后释放SDA线，以允许主机产生终止信号。
数据帧格式
在IIC总线上传送数据信号是广义的，既包括地址信号，有包括真实数据。
在起始信号后必须传送一个从机地址（7位），第八位数数据时传送方向位（R/T），用‘0’表示主机发送数据，‘1’表示主机接收数据。每次数据传送总是由主机产生终止信号。
若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止，马上再次发送起始信号对另一从机进行寻址。

模拟IIC参考代码

/*********************************函数名称：ReadACK(void)*函数输入：无*函数返回：1非应答，0应答*函数说明：I2C总线读从机应答信号********************************/
bit ReadACK(void)
{SCL = 0;//拉低时钟总线，允许从机控制SDASCL = 1;//拉高，读SDAI2cDelay_5us();if(SDA)//非应答{SCL = 0;return(1);//返回1}else{SCL = 0;return(0);//返回0}
}/****************************************函数名称：SendACK(bit i)*函数输入：1主机发送非应答，0发送应答*函数返回：无*函数说明：主机发送应答信号***************************************/
void SendACK(bit i)
{SCL = 0;  //拉低时钟总线，允许主机控制SDAif(i)      //发送非应答SDA = 1;elseSDA = 0;SCL = 1;  //拉高总线，让从机读SDAI2cDelay_5us();SCL = 0;   //拉低时钟总线，允许SDA释放SDA = 1;    //释放数据总线
}/****************************************函数名称：I2cSendByte(uchar DAT)*函数输入：DAT需要发送的数据*函数返回：无*函数说明：I2C发送一个字节数据***************************************/
void I2cSendByte(uchar DAT)
{uchar i;for(i=0; i<8; i++)   //分别写8次，每次写1位{SCL = 0;      //拉低时钟总线，允许SDA变化if(DAT & 0x80)   //先写数据最高位SDA = 1;      //写1elseSDA = 0;   //写0SCL = 1;       //拉高时钟，让从机读SDADAT <<= 1;      //为发送下一位左移1位}SCL = 0;          //拉低时钟总线，允许SDA释放SDA = 1;            //释放数据总线
}/*====================================
函数  ：I2cReadByte()
参数  ：无
返回值 ：返回读出的一字节数据
描述  ：I2C总线读一字节数据
====================================*/
uchar I2cReadByte(void)
{uchar i, DAT;for(i=0; i<8; i++)//分别读8次，每次读一位{DAT <<= 1; //数据左移1位，准备接收一位SCL = 0;   //拉低时钟总线，允许从机控制SDA变化SCL = 1;   //拉高时钟总线，读取SDA上的数据if(SDA)DAT |= 0X01;//为1则写1，否则不行执行写1，通过左移补0}return(DAT); //返回读出的数据
}

基于EEPROM向4单元存数据（主机向从机写数据）

/*====================================
函数  ：At24c02Read(uchar ADDR)
参数  ：ADDR 单元地址   0-255
返回值 ：返回指定单元的数据
描述  ：读AT24C02指定单元内数据
====================================*/
uchar At24c02Read(uchar ADDR)
{uchar DAT;I2cStart();//I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cWrite);//发送器件地址加读写方向位if(ReadACK())     //读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKI2cSendByte(ADDR);//I2C发送一个字节ReadACK();//读从机应答I2cStart();//再次产生I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cRead);//发送器件地址加读写方向位 读if(ReadACK())//读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKDAT = I2cReadByte();//读一字节SendACK(1);//主机发送非应答I2cStop(); //I2C停止信号return(DAT);//返回读出数据}

主函数调用情况

 //写数据At24c02Write(4,'1');//给第1单元写入数据'1'Delay_ms(1);//延时一段时间等待AT24C02处理

运行示波器解码图

A0表示AT24C02的硬件地址
EOT表示ASCLL表结束字符，十进制“04”
1表示存储‘1’这个字符

由此可以主机向从机发送数据，格式如下：

————————
读出EEPROM代码部分

/*====================================
函数  ：At24c02Read(uchar ADDR)
参数  ：ADDR 单元地址   0-255
返回值 ：返回指定单元的数据
描述  ：读AT24C02指定单元内数据
====================================*/
uchar At24c02Read(uchar ADDR)
{uchar DAT;I2cStart();//I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cWrite);//发送器件地址加读写方向位if(ReadACK())     //读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKI2cSendByte(ADDR);//I2C发送一个字节ReadACK();//读从机应答I2cStart();//再次产生I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cRead);//发送器件地址加读写方向位 读if(ReadACK())//读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKDAT = I2cReadByte();//读一字节SendACK(1);//主机发送非应答I2cStop(); //I2C停止信号return(DAT);//返回读出数据}

主函数调用情况

 //读数据ch = At24c02Read(4);//读出第1单元内数据送给显示变量

A0表示AT24C02的硬件地址
EOT表示ASCLL表结束字符，十进制“04”
A1表示AT24C02的硬件地址 +1 （读）
1表示读取到的数据

数据格式如下

3、完整工程代码

STC89C52RC读取EEPROM向例程串口打印结果
main.c

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#include "STC89C52RC_I2C.h"/*数据类型宏定义*/
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int/*常用变量宏定义*/
#define At24c02ADDR     0xa0        //AT24C02硬件地址/*全局变量定义*/
bit AckFlag;    //应答标志位void Delay1ms(void)      //@11.0592MHz
{unsigned char i, j;_nop_();i = 2;j = 199;do{while (--j);} while (--i);
}void Delay_ms(uint timer)
{uint i;for(i=0; i<timer; i++)Delay1ms();
}//使用定时T1工作方式2，波特率9600，晶振11.0592MHZ
//禁止接收，不启动串口中断，波特率不加倍
void InitUART(void)
{TMOD = 0x20;SCON = 0x40;TH1 = 0xFD;TL1 = TH1;PCON = 0x00;TR1 = 1;
}//向串口发送一个字符
void putchar(char ch)
{SBUF = ch;while(!TI);TI = 0;
}//向串口发送一段字符串
void prints(char *s)
{while(*s != '\0')//发送字符串,直到遇到0才结束{SBUF = *s++;while(!TI);TI = 0;}
}/*====================================
函数  ：At24c02Write(uchar ADDR, DAT)
参数  ：ADDR 单元地址0-255，DAT 需要输入的数据0-255
返回值 ：无
描述  ：At24c02指定单元写入一个字节数据
====================================*/
void At24c02Write(uchar ADDR, DAT)
{I2cStart();                                //I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cWrite);  //发送器件地址加读写方向位if(ReadACK())         //读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKI2cSendByte(ADDR); //发送储存单元地址字节if(ReadACK())       //读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKI2cSendByte(DAT);  //发送一字节数据if(ReadACK())      //读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKI2cStop();         //I2C停止信号
}/*====================================
函数  ：At24c02Read(uchar ADDR)
参数  ：ADDR 单元地址   0-255
返回值 ：返回指定单元的数据
描述  ：读AT24C02指定单元内数据
====================================*/
uchar At24c02Read(uchar ADDR)
{uchar DAT;I2cStart();//I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cWrite);//发送器件地址加读写方向位if(ReadACK())     //读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKI2cSendByte(ADDR);//I2C发送一个字节ReadACK();//读从机应答I2cStart();//再次产生I2C起始信号I2cSendByte(At24c02ADDR + I2cRead);//发送器件地址加读写方向位 读if(ReadACK())//读从机应答AckFlag = 1;    //NOACKelseAckFlag = 0;    //ACKDAT = I2cReadByte();//读一字节SendACK(1);//主机发送非应答I2cStop(); //I2C停止信号return(DAT);//返回读出数据}void main(void)
{char ch;InitUART();//串口初始化prints("OK!\n");//串口初始化完成，向串口发送“OK”字符串//写数据
//  At24c02Write(4,'1');//给第1单元写入数据'1'
//  Delay_ms(1);//延时一段时间等待AT24C02处理//读数据ch = At24c02Read(4);//读出第1单元内数据送给显示变量if(AckFlag)//当从机非应答P1 = 0;//亮P1所有灯elseP1 = 0XFF;//灭P1所有灯prints("AT24C02 data:");putchar(ch);while(1);
}

STC89C52RC_I2C.c

#include "STC89C52RC_I2C.h"/*I2C硬件接口定义*/
sbit SCL = P2^1;       //I2C时钟总线
sbit SDA = P2^0;       //I2C数据总线/**********************************
89C52RC单片机模拟IIC通信代码
***********************************///5us延时函数
void I2cDelay_5us(void)
{_nop_();
}//I2C总线起始信号
void I2cStart(void)
{SCL = 1;SDA = 1;I2cDelay_5us();//状态保持5usSDA = 0;I2cDelay_5us();//状态保持5us
}//I2C总线停止信号
void I2cStop(void)
{SCL = 0;SDA = 0;SCL = 1;I2cDelay_5us();//状态保持5usSDA = 1;I2cDelay_5us();//状态保持5us
}/*********************************函数名称：ReadACK(void)*函数输入：无*函数返回：1非应答，0应答*函数说明：I2C总线读从机应答信号********************************/
bit ReadACK(void)
{SCL = 0;//拉低时钟总线，允许从机控制SDASCL = 1;//拉高，读SDAI2cDelay_5us();if(SDA)//非应答{SCL = 0;return(1);//返回1}else{SCL = 0;return(0);//返回0}
}/****************************************函数名称：SendACK(bit i)*函数输入：1主机发送非应答，0发送应答*函数返回：无*函数说明：主机发送应答信号***************************************/
void SendACK(bit i)
{SCL = 0;  //拉低时钟总线，允许主机控制SDAif(i)      //发送非应答SDA = 1;elseSDA = 0;SCL = 1;  //拉高总线，让从机读SDAI2cDelay_5us();SCL = 0;   //拉低时钟总线，允许SDA释放SDA = 1;    //释放数据总线
}/****************************************函数名称：I2cSendByte(uchar DAT)*函数输入：DAT需要发送的数据*函数返回：无*函数说明：I2C发送一个字节数据***************************************/
void I2cSendByte(uchar DAT)
{uchar i;for(i=0; i<8; i++)   //分别写8次，每次写1位{SCL = 0;      //拉低时钟总线，允许SDA变化if(DAT & 0x80)   //先写数据最高位SDA = 1;      //写1elseSDA = 0;   //写0SCL = 1;       //拉高时钟，让从机读SDADAT <<= 1;      //为发送下一位左移1位}SCL = 0;          //拉低时钟总线，允许SDA释放SDA = 1;            //释放数据总线
}/*====================================
函数  ：I2cReadByte()
参数  ：无
返回值 ：返回读出的一字节数据
描述  ：I2C总线读一字节数据
====================================*/
uchar I2cReadByte(void)
{uchar i, DAT;for(i=0; i<8; i++)//分别读8次，每次读一位{DAT <<= 1; //数据左移1位，准备接收一位SCL = 0;   //拉低时钟总线，允许从机控制SDA变化SCL = 1;   //拉高时钟总线，读取SDA上的数据if(SDA)DAT |= 0X01;//为1则写1，否则不行执行写1，通过左移补0}return(DAT); //返回读出的数据
}
/*****************************************************************/

STC89C52RC_I2C.h

#ifndef __STC89C52RC_H__
#define __STC89C52RC_H__#include <reg52.h>
#include <intrins.h>/*数据类型宏定义*/
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int/*I2C常用变量宏定义*/
#define I2cRead         1           //I2C读方向位
#define I2cWrite        0           //I2C写方向//5us延时函数
extern void I2cI2cDelay_5us(void);//I2C总线起始信号
extern void I2cStart(void);//I2C总线停止信号
extern void I2cStop(void);//I2C总线读从机应答信号
extern bit ReadACK(void);//主机发送应答信号
extern void SendACK(bit i);//I2C发送一个字节数据
extern void I2cSendByte(uchar DAT);//I2C总线读一字节数据
extern uchar I2cReadByte(void);#endif

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2、IIC总线传输协议

3、完整工程代码

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