I2C通讯编程

目前常用的微机与外设之间进行数据传输的串行总线主要有UART、1-wire、I2C和SPI总线。UART是以异步方式进行通信（一条数据输入线，一条数据输出线）。1-wire即单线总线，又叫单总线(只有一条线)。I2C同步串行2线方式进行通信（一条时钟线，一条数据线）。SPI同步串行3线方式进行通信（一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线）。

I2C串行总线的组成及工作原理

I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，它只有两根双向信号线。一根是数据线SDA（serial data I/O），另一根是时钟线SCL（serial clock）。如下图所示，IIC总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据。

I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL都是“线与”关系。

I2C总线传输协议

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。

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的变化表示终止信号。

起始和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。

I2C字节的传送与应答

每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）。

主机在发送数据时，每次发送一字节数据，都需要读取从机应答位，当从机空闲可以接收该字节数据时，从机会发出应答（一帧数据的第9位为“0”），当从机正忙于其他工作的处理来不及接收主机发送的数据时，从机会发出非应答（一帧数据的第9位为“1”）主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送，主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据。

当主机接收数据时，它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。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。

数据帧格式

I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用0表示主机发送数据（T），1表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。

当要写入的数据传送完后，单片机应发出终止信号以结束写入操作。写入n个字节的数据格式：

读出过程：单片机先发送该器件的7位地址码和写方向位0（“伪写”），发送完后释放SDA线并在SCL线上产生第9个时钟信号。被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在SDA线上产生一个应答信号作为回应。 然后，再发一个字节的要读出器件的存储区的首地址，收到应答后，单片机要重复一次起始信号并发出器件地址和读方向位1，收到器件应答后就可以读出数据字节，每读出一个字节，单片机都要回复应答信号。当最后一个字节数据读完后，单片机应返回以“非应答”（高电平），并发出终止信号以结束读出操作。

C语言编程

点亮数码管

将通讯数据在数码管中显示出来，首先要驱动数码管点亮，用3位数码管即可程序如下：

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define  uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit WE=P2^7;     //位选
sbit  DU=P2^6;      //段选
uchar x,y,c,h,m,s;
uchar code table[]={ 
//0        1     2     3     4     5     6     7     8
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F,
//9     A     B       C     D       E     F        -     .     关显示
0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x40, 0x80, 0x00
                   };    //数码管显示数字
uchar code table1[]={0xfe,0xfd,0xfb};  //数码管的位
void delay(uint z)          //延时
{    
    for( c=z;c>0;c--)
      for( y=110;y>0;y--);
}
void display(uchar i)    //数码管显示
{ 
  P0=0xff;
  WE=1;
  P0= table1[x];
  WE=0;
  switch(x)
  {
    case 0: DU=1; P0=table[i/100];DU=0; break;
    case 1: DU=1; P0=table[i%100/10];DU=0; break;
    case 2: DU=1; P0=table[i%10];DU=0; break;    
  }
  x++;
 if(x>2)
   x=0;
  delay(10);
}          

void main()
{
   
        while(1)
    {
       display(121);   //数码管显示121
    }

}

在数数码管上显示121：

通讯信号

通讯信号包括起始信号、终止信号、应答信号、非应答信号，程序编写是根据器件手册中的时序图编写的：

void START()    // 开始信号
{
  SCL=1;     //拉高时钟总线
  SDA=0;      //拉低数据总线
  SDA=1;       //拉高数据总线
  delay5us();        //延时
   SDA=0;            //拉低数据总线
   delay5us();        //延时
   SCL=0;            //拉低时钟总线
}
void STOP()      //终止信号
{
  SCL=0;
  SDA=0;
  SCL=1;
  delay5us();
  SDA=1;
  delay5us();
   SDA=0;
}
void ACK()       //应答信号
{
  SCL=0;
  SDA=1;
  SDA=0;
  SCL=1;
  delay5us();
  SCL=0;
  SDA=1;
}
void NACK()           //非应答信号
{
  SCL=0;
  SDA=0;
  SDA=1;
  SCL=1;
  delay5us();
  SCL=0;
  SDA=0;
  
}

读、写数据

接下来还要编写读、写的程序，程序一定要严格按照器件手册中的时序图编写，否则不会通讯成功，详见如下的总程序：

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define  uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit WE=P2^7;     //位选
sbit  DU=P2^6;      //段选
sbit SCL=P2^1;       //时钟总线
sbit SDA=P2^0;       //数据总线
uchar x,y,c,h,m,s;
uchar code table[]={ 
//0        1     2     3     4     5     6     7     8
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F,
//9     A     B       C     D       E     F        -     .     关显示
0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x40, 0x80, 0x00
                   };    //数码管显示数字
uchar code table1[]={0xfe,0xfd,0xfb};  //数码管的位
void delay(uint z)          //延时
{    
    for( c=z;c>0;c--)
      for( y=110;y>0;y--);
}
void delay5us()      //5us延时
{
    _nop_();
}
void display(uchar i)    //数码管显示
{ 
  P0=0xff;
  WE=1;
  P0= table1[x];
  WE=0;
  switch(x)
  {
    case 0: DU=1; P0=table[i/100];DU=0; break;
    case 1: DU=1; P0=table[i%100/10];DU=0; break;
    case 2: DU=1; P0=table[i%10];DU=0; break;    
  }
  x++;
 if(x>2)
   x=0;
  delay(10);
}          
void START()    // 开始信号
{
  SCL=1;     //拉高时钟总线
  SDA=0;      //拉低数据总线
  SDA=1;       //拉高数据总线
  delay5us();        //延时
   SDA=0;            //拉低数据总线
   delay5us();        //延时
   SCL=0;            //拉低时钟总线
}
void STOP()      //终止信号
{
  SCL=0;
  SDA=0;
  SCL=1;
  delay5us();
  SDA=1;
  delay5us();
   SDA=0;
}
void ACK()       //应答信号
{
  SCL=0;
  SDA=1;
  SDA=0;
  SCL=1;
  delay5us();
  SCL=0;
  SDA=1;
}
void NACK()           //非应答信号
{
  SCL=0;
  SDA=0;
  SDA=1;
  SCL=1;
  delay5us();
  SCL=0;
  SDA=0;
  
}
void Send(uint dat)          //发送地址
{
   uint i;
   for(i=0;i<8;i++)          //8位
   {
      SCL=0;
      SDA=dat & 0x80;     //先发送最高位地址
      dat <<=1;               //左移一位
      SCL=1;
   }
    SCL=0;
    SDA=1;
}
void Write(uint dat,uint cmd)           //写入数据
{
   START();                  //开始信号
   Send(0xA0);             //发送地址
   ACK();                  //应答信号
   Send(dat);             //发送字节
   ACK();
   Send(cmd);              //发送数据
   ACK();
   STOP();                  //停止信号
}
uchar Read(uint dat)       //读数据
{
   uint i,cmd;
   START();                   //开始信号
   Send(0xA0);               //发送地址
   ACK();                   //应答信号
   Send(dat);               //发送字节
   ACK();                   
   START();
   Send(0xA1);
   ACK();
   for(i=0;i<8;i++)           //读数据
   {  cmd <<=1;               //左移
      SCL=0;
      if(SDA)
        cmd |=0x01;        //将数据写入cmd中
      SCL=1;
   }
    SCL=0;
    SDA=1;
   NACK();
   STOP();
   return cmd;                //返回cmd的值
}
void main()
{
     Write(2,131);       //在2通道中写下131
     delay(5);
        while(1)
    {
       display(Read(2));   //读出2号通道中的数据在数码管上显示131
    }

}

I2C通讯的调试需要借助工具，可以使用示波器来抓取波形，从而检查出程序哪里有问题，下面是程序烧录单片机后的果，将131写入2通道中，然后再读出来，显示在数码管上：