IIC协议原理(24C02 , MCP4017)

---

前言

---

提示：以下是本篇文章正文内容

一、IIC简介

I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit), 两线式串行总线, 由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备

它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。IIC是半双工通信方式

IIC总线是不同的IC或模块之间的双向两线通信，这两条线是串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)。这两条线必须通过上拉电阻连接正电源。数据传输只能在总线不忙时启动。

二、协议层

有效数据：在时钟的高电平周期内，SDA线上的数据必须保持稳定，数据线仅可以在时钟SCL为低电平时改

1.开始/停止动作

开始动作：当SCL为高电平的时候，SDA线上由高到低的跳变

void I2CStart(void)
{
    SDA_Output(1); // SDA_Output只是一个输出电平函数delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);SDA_Output(0);   // SDA拉低delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(0); //为了下一步动作SDA，只能在SCL低地电平期间，电平反转delay1(DELAY_TIME);
}

结束动作：当SCL为高电平的时候，SDA线上由低到高的跳变

void I2CStop(void)
{
    SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);SDA_Output(0);delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);SDA_Output(1);delay1(DELAY_TIME);
}

注意起始和终止信号都是由主机发出的，总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态

2.应答动作

每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据

从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答, 接收器成功地接收了该字节，1表示非应答，接收器没有成功接收该字节

等待从机发送应答或者非应答

unsigned char I2CWaitAck(void)
{
    unsigned short cErrTime = 5;SDA_Input_Mode();delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);while(SDA_Input()){
    cErrTime--;delay1(DELAY_TIME);if (0 == cErrTime){
    SDA_Output_Mode();I2CStop();return ERROR;}}SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);SDA_Output_Mode();return SUCCESS;
}

注：若采用官方给的参考，需做如下修改：将SDA放在他们最后

主机或者从机产生应答

void I2CSendAck(void)
{
    SDA_Output(0);delay1(DELAY_TIME);delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);}

主机或者从机产生非应答

void I2CSendNotAck(void)
{
    SDA_Output(1);delay1(DELAY_TIME);delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);}

3.写/读字节

数据传输过程中，数据传输保持稳定(在SCL高电平期间，SDA一直保持稳定，没有跳变)，只有当SCL被拉低后，SDA才能被改变在SCL为高电平期间(有效数据时间段)，发送数据，发送8次数据，如果数据为1,显然SDA是被拉高;如果数据为0，那么SDA被拉低

输出到SDA线上的每个字节必须是8位，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）

写一个字节：

void I2CSendByte(unsigned char cSendByte)
{
    unsigned char  i = 8;while (i--){
    SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);SDA_Output(cSendByte & 0x80);delay1(DELAY_TIME);cSendByte += cSendByte;delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);}SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);
}

读一个字节

unsigned char I2CReceiveByte(void)
{
    unsigned char i = 8;unsigned char cR_Byte = 0;SDA_Input_Mode();while (i--){
    cR_Byte += cR_Byte;SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);delay1(DELAY_TIME);SCL_Output(1);delay1(DELAY_TIME);cR_Byte |=  SDA_Input();}SCL_Output(0);delay1(DELAY_TIME);SDA_Output_Mode();return cR_Byte;
}

这里数据的移位采用的是cSendByte += cSendByte，每次最高位刚好等于次高位，从而达到左移效果

4.空闲状态

I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态

此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高

三、AT24C02

1.概况

引脚和封装

注意：A0、A1、A2、三个脚不同的电平可以形成不同的地址，最多8种

从机地址组成

硬件原理图

所以，前面固定为1010 000(r/w)
24C02的芯片地址为1010 (A2 A1 A0) (R=1,W=0)
0xA0写
0xA1读

2.写操作

AT24C02存储器写操作需要给出开始状态，器件地址和确认之后，紧跟着给出一个8为数据地址。一经收到该地址，EEPROM就通过SDA发出确认信号，并随时钟输入8位数据。在收到8位数据之后，EEPROM将向SDA确认，数据传输设备必须用停止状态来终止写操作。

EEPROM进入一个内计时固定存储器写周期，在该写周期，所以的输入被禁止，EEPROM直到写完才应答。

连续写

1KB/2KB EEPROM能进行8字节页面写入，4KB、8KB和16KB设备能进行16字节页面写入。激发写页面与激发写字节相同，只是数据传送设备无须在第一个字节随时钟输入之后，发出一个停止状态。在EEPROM确认收到第一个数据之后，数据传送设备能再传送7个(1KB、2KB)或15个(4KB、8KB、16KB）数据，每一个数据收到之后，EEPROM都将通过SDA回送一个确认信号，最后数据传送设备必须通过停止状态终止页面写序列。写页面时序如图3.18所示。

void iic_24c02_write(unsigned char *pucBuf,unsigned char ucAddr,unsigned char ucNum)
{
    I2CStart();I2CSendByte(0xa0); // 器件地址I2CWaitAck();I2CSendByte(ucAddr);  // 写数据地址I2CWaitAck();while(ucNum--){
    I2CSendByte(*pucBuf++);I2CWaitAck();}I2CStop();delay1(500);
}

数据字地址的低3位(1KB、2KB）或低4位(4KB、8KB、16KB）在收到每个数据字后，内部自动加1，数据字地址的高位字节保持不变，以保持存储器页地址不变。

如果传送到EEPROM中的数据字超过8(1KB、2KB）或16 (4KB、8KB、16KB）字节，数据字地址将重复滚动，以前的数据将被覆盖

3.读操作

除了器件地址码中的读/写选择位置1，读操作与写操作是一样的。读操作有三种：立即地址读取，随机地址读取和顺序读取

立即地址读取

内部数据字地址指针保持在读写操作中最后访问的地址，按“1”递增

只要芯片保持上电，该地址在两个操作之间一直有效，如果最后一个操作是在地址n处读取，则立即地址是n+1;如果最后操作是在地址n处写入，则立即地址也是n+1。

随机地址读取:

随机地址读取时序如图所示。随机读取需要一个空字节写序列来载入数据地址，一旦器件地址码和数据码地址码时钟输入，并被EEPROM确认，数据传送设备就必须产生另一个开始条件。

读/写选择位处于高电平时，通过送出一个器件地址，数据传送设备激发出一个立即寻址读取，EEPROM确认器件地址，并随时钟串行输出数据。器件读数据不通过确认（使SDA总线处于高电平）应答，而通过产生一个停止条件应答。

顺序读取

顺序读取时序如图所示。顺序读取由立即地址读取或随机地址读取激发，在读数据器件收到一数据码之后，通过确认应答，只要EEPROM收到确认之后，便会继续增加数据码地址及串行输出数据码。当达到存储器地址极限时，数据码地址将重复滚动，顺序读取将继续。当读数据器件不通过确认(使SDA总线处于高电平)应答，而通过产生一个停止条件应答时，顺序读取操作被终止。

随机读取程序

// 开始是以写的方式，传入从机地址(假写)
void iic_24c02_read(unsigned char *pucBuf,unsigned char ucAddr,unsigned char ucNum)
{
    I2CStart();I2CSendByte(0xa0); // 器件地址(写）I2CWaitAck();I2CSendByte(ucAddr);  // 写数据地址I2CWaitAck();I2CStart();I2CSendByte(0xa1); // 读数据while(ucNum--){
    *pucBuf++ = I2CReceiveByte();if(ucNum) // 没有接收完I2CSendAck();elseI2CSendNotAck();}I2CStop();
}

注：只有随机读取过程有一个假写过程

四、MCP4017可编程电阻

1.概况

内部结构

电阻的计算：Rs的阻值为 AB之间的总电阻除以127，其中Rw的阻值几乎为零，可以忽略不计。N为我们写入的数据。RAB为常量，可以根据数据手册查找

相当于每增加一个数，电阻增加787.402欧

从机器件的地址

前面几位都是固定的：0101 111(r/w)

原理图：

2.读\写动作

读一个字节

void write_resistor(uint8_t value)
{
    I2CStart();I2CSendByte(0x5E);I2CWaitAck();I2CSendByte(value);I2CWaitAck();	I2CStop();	
}

写一个字节

uint8_t read_resistor(void)
{
    uint8_t value;I2CStart();I2CSendByte(0x5F);I2CWaitAck();value = I2CReceiveByte();I2CSendNotAck();	I2CStop();	return value;
}

注：读写时地址不一样
写进去的一个数字（0-127），读出来也是一个数字
转化为电阻阻值：R = 787.4 * read_resistor 欧
电压：3.3*(R/(R+10k)) （假设外接的电压为3.3）

---

总结

提示：这里对文章进行总结：