用匯編實現(xiàn)I2C BUS總線協(xié)議

摘要：本文簡要介紹了I2C串行總線結(jié)構(gòu)和特點，并結(jié)合其在單片機（GMS97C2051）上的應(yīng)用，以24LC01BEEPROM為例，給出了用匯編語言實現(xiàn)該協(xié)議的程序。  
關(guān)鍵詞：I2C總線 單片機

I2C總線

PHILIPS公司早在十幾年前就推出了I2C串行總線，它具備多主機系統(tǒng)所需的包括裁決和高低速設(shè)備同步等功能高性能串行總線。

I2C總線硬件結(jié)構(gòu)

I2C串行總線有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線睥設(shè)備的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA線，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL。典型的I2C總線結(jié)構(gòu)如圖1。

為了避免總線信號的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端必須是開漏輸出或集電極開路輸出的電路結(jié)構(gòu)。設(shè)備與總線的接口電路如圖2所示。

I2C總線數(shù)據(jù)傳送率可達每秒十萬位，高速方式可高達每秒四十萬位。總線上允許連接設(shè)備數(shù)以總線上的電容量不超過400pF為限。

I2C數(shù)據(jù)傳輸

在I2C 總線傳輸過程中，將兩種特定的情況定義為開始和停止條件（如圖3）：錄SCL保持“高”，SDA由“高”變?yōu)椤暗汀睍r為開始條件，SCL保持“高”， SDA由“低”變?yōu)椤案摺笔菫橥Ｖ箺l件。開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始和停止條件，沒有這種接口的微機必須以每時鐘周期至少兩次對SDA取樣以便檢測這種變化。

 

SDA 線上的數(shù)據(jù)在時鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當SCL線上的時鐘信號為低時，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，每個字節(jié)必須有一個應(yīng)答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時，它可以保持時鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進入等待狀態(tài)，當接收器準備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進行。I2C數(shù)據(jù)總線傳達時序如圖 4。

數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對應(yīng)的時鐘脈沖由主控制產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉SDA線。當導(dǎo)址的被控器件不能應(yīng)答時，數(shù)據(jù)保護為高，接著主控制產(chǎn)生停止條件終止傳輸。

I2C總線的應(yīng)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總線接口，由軟件控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，圖5為其連線路圖。

在單主控器的系統(tǒng)中，時鐘線僅由主控器驅(qū)動，因此可以用51的一根I/O線作為SCL信號線，將其設(shè)置為輸出方式，由軟件控制產(chǎn)生串行時鐘信號，在實際系統(tǒng)中使用P1.3，另一根I/O線P1.2作為I2C總線的串行數(shù)據(jù)線，由軟件控制在時鐘的低電平期間讀取或輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的過程如下：先由單片機給出一個啟始數(shù)據(jù)信號，接著送出要訪問器件的7位地址數(shù)據(jù)，并等待被控器件的就答信號，當收到應(yīng)答信號后，根據(jù)訪問要求進行相應(yīng)的操作。如果是讀入數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)線可一直設(shè)為輸入方式，中間不需要改變SDA線的工作方式，在每讀和主個字節(jié)，均應(yīng)依次檢測應(yīng)答信號，如果是輸出數(shù)據(jù)，則首先將SDA設(shè)置為輸出方式，當發(fā)送完一個字節(jié)后，需要改變SDA線為輸入方式，此時讀入被控器件的應(yīng)答信號，至此完成了一個字節(jié)的傳送。當所有數(shù)據(jù)傳輸完比，應(yīng)向SDA 發(fā)出一個停止信號，結(jié)束該次數(shù)據(jù)傳輸。

以下用51匯編語言實現(xiàn)啟始、停止、讀、寫、應(yīng)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(shù)據(jù)程序：

讀字節(jié)可以在當前地址讀(CURRENT READ)，可以隨機讀(RANDOM READ)，讀出數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)后不用加應(yīng)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(jié)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(jié)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）寫數(shù)據(jù)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(xù)寫的兩個字節(jié)之間最好是要有10ms的延時。當然，也可以進行頁寫（PAGE WTITE），一次性連續(xù)寫8個字節(jié)，每個字節(jié)后要一個應(yīng)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