PIC单片机I2C的应用（24LC02）

I2C总线特点

I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)， 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

2 I2C总线工作原理
I2C总线上的数据稳定规则，SCL为高电平时SDA上的数据保持稳定，SCL为低电平时允许SDA变化。如果SCL处于高电平时，SDA上产生下降沿，则认为是起始位，SDA上的上升沿认为是停止位。通信速率分为常规模式(时钟频率100kHz)和快速模式(时钟频率400kHz)。同一总线上可以连接多个带有I2C接口的器件，每个器件都有一个唯一的地址，既可以是单接收的器件，也可以是能够接收发送的器件。

每次数据传输都是以一个起始位开始，而以停止位结束。传输的字节数没有限制。最高有效位将首先被传输，接收方收到第8位数据后会发出应答位。数据传输通常分为两种：主设备发送从设备接收和从设备发送主设备接收。这两种模式都需要主机发送起始位和停止位，应答位由接收方产生。从设备地址一般是1或2个字节，用于区分连接在同一I2C上的不同器件。

I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

在I2C总线中只有主发送和主接收两种操作方式。在系统初始化时，由指令控制CPU送出相关的数据，经接口送到I2C寄存器内。通过初始化这些寄存器，可以实现I2C总线的主模式控制，以及实现I2C总线上的从设备读写。

当主设备和其中的一个从设备交换数据时，主设备首先发出一个启动Start信号，这个信号被所有的从设备接收。即从设备准备接收CPU的信号，然后主设备再发出它要通信的从设备地址。接下来，所有的从设备将收到的这个地址和它们自己的地址进行比较。

如果收到的地址和它们自己的地址不同，则什么都不做，只是等待主设备发出停止stop信号；如果收到的地址和它自己的地址相同，它就发出一个信号给主设备，这个信号称为应答Acknowledge信号。当主设备收到应答信号后，它就开始向从设备发送数据或者从从设备接收数据。当所有操作都进行完毕时，主设备发出一个Stop信号，通信完毕，释放I2C总线；然后所有的从设备都等待下一次Start信号的到来。

3 总线基本操作
I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。 总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（SCL）控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。
3.1 控制字节
在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。

1．写过程

(1)上电后等待一个延时(1ms)。

(2)器件寻址，给一个起始信号(SCL为高电平时SDA给一个下降沿)。发送从器件地址，高5位为10110，然后根据A1/A0(如果和器件的地址相同则那个器件会应答)进行读/写控制(O为读)。

(3)应答，器件在SCL的第9个周期时SDA给出一个低电平，作为应答信号。

(4)开始写有两种模式：字节写模式和页写模式。

·字节模式：给出A15～A8应答，给出A7～A0应答；然后给出DATA和停止信号 (SCL为高电平时，SDA给出一个上升沿)，接着要等待一个擦写时间。

·页写模式：给出地址以后连续给出64个数据。如果多于64个数据，则地址计数器自动翻转。(如果少于64昵，估计是没有问题的，但是需要实验验证。)

(5)判断擦写操作是否完毕的一个方法(应答查询)，如果器件还处于擦写状态，则不会应答器件寻址；如果有应答，则说明擦写完毕。

2．读过程

(1)上电以后等待一个延时(lms)。

(2)器件寻址。

(3)应答。

(4)开始读有三种模式：立即当前地址读、选择/随机读、连续读。

·立即当前地址读：如果上次读/写的操作地址为N，则现在是N+1。不需要ACK，但是需要Stop信号。

·选择/随机读：先伪写(用于给出一个地址)，然后再次启动，读取数据。

·连续读：读取一个以后给一个应答，这样器件会再给出下一个地址的数据内容。

(5)开始数据传输Start后、停止数据传输Stop前，SCL高电平期间，SDA上为有效数据。

/*******************************************************************
一、程序说明：
1, 24LC02器件地址是1010000R/W.
2, 数组写入24LC02采取页写方式.
3, 数组code从24LC02读出时采取自由读方式.
4, 采用4.00M晶体。
5，采用软件I2C。

二、硬件连接：
1， SDA------->23 pin.(RC4当然你可以任意选择脚位）
2, SCL------->18 Pin.(RC3当然你可以任意选择脚位）
3， PORTC----->外接8个LED，显示读出的数据，在这里，读出的刚好是一个闪动的流水灯状态。

//I2C的应用
//★★★★★★★★★I2C★★★★★★★★★★★\
//单片机型号：PIC16F877A，EEPROM 24LC02B
//实验目的：了解I2C（SPI串行通信）通信的一般步骤方法及协议。
//功能描述：I2C通信，当按下RD0时，把用户定义的数组写到24LC04B中，写完后RB1口灯亮。
// 当按下RD1时，从24LC04B中读出数据，送PORTB口显示。

*******************************************************************/

#include
#define scl TRISC3 //定义时钟线
#define sda TRISC4//定义数据线
#define nop() asm("nop")
//#define nop() asm("asm")
#define uchar unsigned char
__CONFIG(0xf73a);

uchar no,ack,c,data;
uchar code[]={0x00,0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f,0x3f,0x7f,0xff}; //送往24LC04的数据，也是PD口要显示的数据
//void start_i2c();
//void send_byte(uchar c);
//uchar receive_byte(void);
//void i_send_str(uchar sal,uchar suba,uchar *s,uchar no);
//void i_receive_str()

//========================================================================
//功能描述：初始化子程序
//函数名称：init();
void init()
{
TRISC=0xff; //C口设为输入，RC3为SCL线，RC4为SDA线
PORTC=0x00;
TRISB=0x00; //B口设为输出，用来显示IC24LC02中读出的内容
PORTB=0x00;
TRISD=0xff; //D口设为输入，当RD0口为低电平时，开始写，当RD1口为低电来时，开始读。
PORTD=0xff;
}

//========================================================================
//功能描述：延时子程序
//函数名称：delay_250ms();
void delay_250ms()
{
unsigned int d=24999;
while(--d);
}

//========================================================================
//功能描述：I2C启动程序
//函数名称：start_i2c();
void start_i2c()
{
sda=1; //发送启动条件的数据信号
nop();
scl=1;
nop();nop();nop();nop();nop(); //24LC02要求的建立时间
sda=0; //发送起始信号
nop();nop();nop();nop();
scl=0; //钳住I2C总线，准备发送数据或接收数据
nop();nop();
}

//========================================================================
//功能描述：I2C停止程序
//函数名称：stop_i2c();
void stop_i2c()
{
sda=0; //发送结束条件的数据信号
nop();
scl=1;
nop();nop();nop();nop();
sda=1;
nop();nop();nop();nop();
}

//========================================================================
//功能描述：字节传送程序
// Function: 将数据C发送出去，可以是地址，也可以是数据，发完后等待回应，并对此状态
//位进行操作（不应答或非应答都使ack=0 ），发送数据正常，ack=1;ack=0
//表示被控器无应答或损坏
//函数名称：send_byte(uchar c）;
void send_byte(uchar c)
{
uchar bit_count;
for(bit_count=0;bit_count<8;bit_count++)
{
if((c<

{sda=1;}
else {sda=0;}
nop();
scl=1;
nop();nop();nop();nop();
scl=0;
}
nop();nop();
sda=1;
nop();nop();
scl=1;
nop();nop();
if(RC4==1) ack=0; //用ACK=1作为有应答信号
else ack=1;
scl=0;
nop();nop();
}

//========================================================================
//功能描述：字节数据接收程序
//FUNCTION: 用来接收从器件传来的数据，并判断总线错误（不发应答信号），
//发完后请用应答函数。
//函数名称：receive_byte(void);
uchar receive_byte()
{
uchar retc,bit_count;
retc=0;
sda=1;
for(bit_count=0;bit_count<8;bit_count++)
{
nop();
scl=0;
nop();nop();nop();nop();
scl=1;
nop();nop();
retc=retc<<1;
if(RC4==1) retc=retc+1;
nop();nop();
}
scl=0;
nop();nop();
return(retc);
}

//========================================================================
//功能描述：报错程序
//函数名称：i2c_error();
void i2c_error()
{
uchar i;
for(i=0;i<8;i++)
{
PORTB=0x00;
delay_250ms();
PORTB=0x20;
delay_250ms();
}
}

//========================================================================
//功能描述：向有子地址器件发送多字节程序
//Function: 从启动总线到发送地址，数据，结束总线的全过程，从器件地址sla。如果
//返回1表示操作成功，否则操作有误
//函数名称：i_send_str(uchar sla,uchar shba,uchar *s,uchar no);
void i_send_str(uchar sla,uchar shba,uchar *s,uchar no)
{
uchar i;
start_i2c();
send_byte(sla); //发送器件地址
if(ack==0) i2c_error();
send_byte(shba); //发送子地址
if(ack==0) i2c_error();
for(i=0;i{
send_byte(*s);
if(ack==0) i2c_error();
s++;
}
stop_i2c();
//return(1);
}

//========================================================================
//功能描述：从器件接收多字节程序
//Function:1.发送器件地址。2。发送字地址。3。发送读命令和器件地址。
//函数名称：i_reveive_str();
void i_receive_str()
{
uchar i;
for(i=0;i<9;i++)
{
start_i2c();
send_byte(0xa0); //发送器件地址
if(ack==0) i2c_error(); //如果无应答，则进入I2C_error错误模式
send_byte(i); //发送字地址
if(ack==0) i2c_error();
start_i2c(); //重新启动总线
send_byte(0xa1); //发送读命令和器件地址
if(ack==0) i2c_error();
data=receive_byte();
stop_i2c();
PORTB=data;
delay_250ms();
}
}

//========================================================================
//功能描述：主程序
//函数名称：main();
#include

#define scl TRISC3 //定义时钟线

#define sda TRISC4 //定义数据线

#define nop() asm("nop")

//#define nop() asm("asm")

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

__CONFIG(0xf73a);

uchar no,ack,c,data;

uchar code[]={0xff,0x7f,0x5f,0x3f,0x1f}; //送往24LC04的数据，也是PD口要显示的数据

//========================================================================

//功能描述：初始化子程序

//函数名称：init();

void init()

{

TRISC=0xff; //C口设为输入，RC3为SCL线，RC4为SDA线

PORTC=0x00;

TRISB=0x00; //B口设为输出，用来显示IC24LC02中读出的内容

PORTB=0x00;

TRISD=0xff; //D口设为输入，当RD0口为低电平时，开始写，当RD1口为低电来时，开始读。

PORTD=0xff;

}

//========================================================================

//功能描述：延时子程序

//函数名称：delay_250ms();

void delay()

{

unsigned int d=24999;

while(--d);

}

//========================================================================

//功能描述：I2C启动程序

//函数名称：start_i2c();

void start_i2c()

{

sda=1; //发送启动条件的数据信号

nop();

scl=1;

nop();nop();nop();nop();nop(); //24LC02要求的建立时间

sda=0; //发送起始信号

nop();nop();nop();nop();

scl=0; //钳住I2C总线，准备发送数据或接收数据

nop();nop();

}

//========================================================================

//功能描述：I2C停止程序

//函数名称：stop_i2c();

void stop_i2c()

{

sda=0; //发送结束条件的数据信号

nop();

scl=1;

nop();nop();nop();nop();

sda=1;

nop();nop();nop();nop();

}

//========================================================================

//功能描述：字节传送程序

// Function: 将数据C发送出去，可以是地址，也可以是数据，发完后等待回应，并对此状态

//位进行操作（不应答或非应答都使ack=0 ），发送数据正常，ack=1;ack=0

//表示被控器无应答或损坏

//函数名称：send_byte(uchar c）;

void send_byte(uchar c)

{

uchar bit_count;

for(bit_count=0;bit_count<8;bit_count++)

{

if((c<

else {sda=0;}

nop();

scl=1;

nop();nop();nop();nop();

scl=0;

}

nop();nop();

sda=1;

nop();nop();

scl=1;

nop();nop();

if(RC4==1) ack=0; //用ACK=1作为有应答信号

else ack=1;

scl=0;

nop();nop();

}

//========================================================================

//功能描述：字节数据接收程序

//FUNCTION: 用来接收从器件传来的数据，并判断总线错误（不发应答信号），

//发完后请用应答函数。

//函数名称：receive_byte(void);

uchar receive_byte()

{

uchar retc,bit_count;

retc=0;

sda=1;

for(bit_count=0;bit_count<8;bit_count++)

{

nop();

scl=0;

nop();nop();nop();nop();

scl=1;

nop();nop();

retc=retc<<1;

if(RC4==1) retc=retc+1;

nop();nop();

}

scl=0;

nop();nop();

return(retc);

}

//========================================================================

//功能描述：报错程序

//函数名称：i2c_error();

void i2c_error()

{

uchar i;

for(i=0;i<8;i++)

{

PORTB=0x00;

delay();

PORTB=0x20;

delay();

}

}

//========================================================================

//功能描述：向有子地址器件发送多字节程序

//Function: 从启动总线到发送地址，数据，结束总线的全过程，从器件地址sla。如果

//返回1表示操作成功，否则操作有误

//函数名称：i_send_str(uchar sla,uchar shba,uchar *s,uchar no);

void i_send_str(uchar sla,uchar shba,uchar *s,uchar no)

{

uchar i;

start_i2c();

send_byte(sla); //发送器件地址

if(ack==0) i2c_error();

send_byte(shba); //发送子地址

if(ack==0) i2c_error();

for(i=0;i

{

send_byte(*s);

if(ack==0) i2c_error();

s++;

}

stop_i2c();

//return(1);

}

//========================================================================

//功能描述：从器件接收多字节程序

//Function:1.发送器件地址。2。发送字地址。3。发送读命令和器件地址。

//函数名称：i_reveive_str();

void i_receive_str()

{

uchar i;

for(i=0;i<5;i++)

{

start_i2c();

send_byte(0xa0); //发送器件地址

if(ack==0) i2c_error(); //如果无应答，则进入I2C_error错误模式

send_byte(i); //发送字地址

if(ack==0) i2c_error();

start_i2c(); //重新启动总线

send_byte(0xa1); //发送读命令和器件地址

if(ack==0) i2c_error();

data=receive_byte();

stop_i2c();

PORTB=data;

delay();

}

}

//========================================================================

//功能描述：主程序

//函数名称：main();

main()

{

init();

while(1)

{

if(RD0&&RD1)

{

i_send_str(0xa0,0x00,code,5); //发送多个字节

PORTB=0x01;

}

delay();

if(!RD0&&!RD1)

{ i_receive_str();}

}

}