串行I2C總線E2PROM　AT24CXXX的應(yīng)用1

原理：
　　I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時(shí)鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件：不管是單片機(jī)、存儲(chǔ)器、LCD驅(qū)動(dòng)器還是鍵盤接口。
I2C總線接口電路結(jié)構(gòu)如圖所示。

SDA和SCL均為雙向I/O線，通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下為100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達(dá)400kbit/s。
　　在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號(hào)（也稱啟動(dòng)和停止信號(hào)）的定義如圖所示。當(dāng)時(shí)鐘線SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號(hào)；當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)?ldquo;結(jié)束”信號(hào)。開始和結(jié)束信號(hào)都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號(hào)以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信號(hào)以后的一段時(shí)間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。

I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開始信號(hào)后，送出的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中4－7位為器件碼，如1010就是代表串行E2PROM器件。1－3位為存儲(chǔ)器的片選地址或存儲(chǔ)器內(nèi)的塊地址碼，如何區(qū)分？后面再做詳細(xì)說明，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。開始信號(hào)后，系統(tǒng)中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，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。
一個(gè)字節(jié)的寫操作的過程：首先器件發(fā)出起始信號(hào)后，發(fā)送器件識(shí)別控制字節(jié)，即1010A2A1A00（最低位置0，即R/W讀寫控制位為低電平0），然后等待應(yīng)答信號(hào)指示從器件被尋址。再發(fā)送一個(gè)AT24CXX存儲(chǔ)器將要寫入的位置地址。再次等待AT24CXX應(yīng)答信號(hào)以后，將發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，AT24CXX接收到后寫入到剛剛指定的存儲(chǔ)器地址。然后主器件再次等待AT24CXX的應(yīng)答信號(hào)。主器件最后發(fā)出停止信號(hào)。
　　在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個(gè)字節(jié)必須為8位，而且每個(gè)傳送的字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位（第9位），也叫應(yīng)答位（ACK）。數(shù)據(jù)的傳送過程如圖所示。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個(gè)字節(jié)后都會(huì)作出響應(yīng)，即釋放SCL線返回高電平，準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)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(shù)據(jù)時(shí)，（例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷，在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時(shí)鐘SCL線保持低電平，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(jié)束信號(hào)，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當(dāng)從器件處理完畢時(shí)將釋放SCL線，主器件繼續(xù)傳送。

　　當(dāng)主器件發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對(duì)應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘（ACK）認(rèn)可位，在此時(shí)鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的響應(yīng)信號(hào)將SDA線拉成低電平，使SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。從器件的響應(yīng)信號(hào)結(jié)束后，SDA線返回高電平，進(jìn)入下一個(gè)傳送周期。
　　I2C總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。若一個(gè)器件不需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數(shù)據(jù)，則可以忽略該地址不作響應(yīng)。如果該器件需要廣播呼叫尋址中提供的數(shù)據(jù)，則應(yīng)對(duì)地址作出響應(yīng)，其表現(xiàn)為一個(gè)接收器。
　　5．總線競爭的仲裁　總線上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線的情況。例如，多單片機(jī)系統(tǒng)中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機(jī)要同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況叫做總線競爭。I2C總線具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在SDA線上的總線競爭進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線時(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總線電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出級(jí)?？偩€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(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競爭仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。

器件說明：
AT24CXXX系列引腳圖如下

現(xiàn)在我先來說說AT24CXX的具體使用
假設(shè)用AT89S51的P0.0做SDA總線，P0.1做SCL總線。有若干個(gè)I2C器件掛接在SDA和SCL總線上。
現(xiàn)在要對(duì)E2PROM_01存儲(chǔ)器進(jìn)行寫字節(jié)操作看看它是如何找到的。
上面說過在發(fā)送完一個(gè)開始信號(hào)后接著發(fā)送一個(gè)字節(jié)的器件識(shí)別信號(hào)。這一個(gè)字節(jié)的4－7位就是器件識(shí)別碼。1010就是對(duì)應(yīng)E2PROM器件，其它器件就不再理會(huì)了。1－3位是器件的物理地址，也就是說如果是E2PROM，它可以在I2C總線上掛接（000－111）8個(gè)E2PROM。在這里就得詳細(xì)說說AT24CXX上的A0，A1，A2和這個(gè)器件識(shí)別字節(jié)之間的關(guān)系了。上面說過存儲(chǔ)器的尋址范圍是一個(gè)字節(jié)，也就256個(gè)，AT24C02的存儲(chǔ)容量為256字字，剛剛好將一個(gè)字節(jié)的地址用完。器件電路上A0，A1，A2三個(gè)管腳通過接高電平或低電平來和AT89S51發(fā)送過來的器件識(shí)別控制字節(jié)相匹配，從而得以識(shí)別出AT89S51將要操作的那個(gè)存儲(chǔ)器?，F(xiàn)在AT24C04的容量是512個(gè)字節(jié)，那不是一個(gè)字節(jié)的地址不夠用了嗎？其實(shí)它是將512個(gè)字節(jié)為成兩個(gè)頁，每頁256字節(jié)，而頁地址就是器件識(shí)別控制字節(jié)的1位。前面說了這個(gè)1－3位不是和器件上的A0，A1，A2匹配來識(shí)別器件的嗎？是的，但存儲(chǔ)器容量超過256字節(jié)情況就有變了。AT24C04上的A0這時(shí)就廢棄不用了，只用A1和A2，這樣就只能接（00－11）四個(gè)AT24C04了，同樣AT24C08容量為1K字節(jié)分為4頁了，于是頁地址就是器件識(shí)別控制字節(jié)的1－2位，器件上的A0，A1廢棄不用，只用A2，就只能接兩個(gè)AT24C08了。AT24C16容量為2K字節(jié)，分為8頁。頁地址是器件識(shí)別控制字節(jié)的1－3位，全用了。器件上的A0，A1，A2，就無效了，只能接一只AT24C16。

我這么說能明白嗎？

　　對(duì)于大容量AT24C32－1024的存儲(chǔ)器。器件的存儲(chǔ)尋址地址為兩個(gè)字節(jié)，所以它的一頁為65536（64K）。AT24C32－64的容量為4K字節(jié)－8K字節(jié)，在一頁范圍，可以接8只器件。從AT24C128－1024的器件代號(hào)也由1010改為10100，多了一位，識(shí)別控制字節(jié)的器件物理地址就少了一位，變?yōu)?－2位，相應(yīng)的在器件管腳上A2也廢棄空著了，因此最多只能接四只器件。AT24C128－512只有兩位器件地址所以最多只能接四只器件。而AT24C1024的容量為128K，分為兩頁，識(shí)別控制字節(jié)的的1位為頁地址，器件的A0腳廢棄不用，只用了A1。因此只能接2只器件。

　下面我們進(jìn)行具體的制做先準(zhǔn)備好器件如下圖 ，我用的是AT24C16

原先的板子如下圖

焊好后。

好！下面我們進(jìn)行調(diào)試：插上主電源。但AT24C16的電源短路帽不接，在短路帽兩個(gè)針之間接上萬用表的電流檔檢查是否有短路和靜態(tài)電流的大小。實(shí)測靜態(tài)電流幾乎為零，改變兩個(gè)數(shù)據(jù)線的電平時(shí)，電流會(huì)有所上升，說明電路基本正常。

現(xiàn)在我們接上電源短路帽把AT24C16電源接好。將兩個(gè)數(shù)據(jù)線用跳線接到P1.6和P1.7口上（接到哪個(gè)口上可以自己選的）。注意分清哪個(gè)是SDA哪個(gè)是SCL。別弄錯(cuò)了。

把LCD12864裝上，后面我們就要進(jìn)行軟件的調(diào)試了。

后面一篇，我們進(jìn)行軟件件部分的調(diào)試。