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I2C总线数据传输的C语言实现及其应用

I2C总线数据传输的C语言实现及其应用

1 I2C总线概述

  I2C(Intel-Integrated Circuit)总线是荷兰的Philips公司于八十年代初推出的一种芯片间串行总线扩展技术。它用两根线(数据线SDA、时钟线SCL)可完成总线上主机与器件的全双工同步数据传送,可极方便地构成多主机系统和外围器件扩展系统。I2C总线支持所有NMOS、CMOS、TTL等工艺制造的器件,其上所有的节点都连到同名的SDA、SCL上。I2C总方法,数据传送都有相同的操作模式,接口电器特性相同且独立,可在系统供电情况下从系统中移去或增加IC芯片,有I2C接口的外围器件都有应答能力,读写片内单元时有地址自动加1功能,易实现多个字节的自动操作。近年来,国际上有关公司制造了多达几百种的I2C总线器件,如8051系列单片机8XC752、LCD驱动器、RAM、I/O接口等芯片都使用了I2C总线接口。随着数字技术的发展,I2C总线控制系统已经应用于越来越多的电子产品。

  2 I2C总线的数据传输

  2.1 接口特性

  I2C总线接口的数据线SDA和时钟线SCL必须经过上拉电阻接到正电源VDD上,各个I2C接口电路输出端必须是漏极开路或集电极开路,以便完成“线与”的功能。I2C的SDA和SCL都是双向传输线,当总线空闲时,此两线都是“1”(高电平)。由于不同的器件都会接到I2C总线,逻辑的“0”(低)及“1”(高)的信号电平取决于VDD的电压。总线上能连接的最大器件数取决于其电容容限400PF。

  2.2 I2C总线上的传输时序

  I2C总线上每传输一位数据都有一个时钟脉冲相对应,在标准模式下可达100 kbit/s,高速模式下可达400kbit/s,总线上依据器件功能不同可建立简单的主/从关系(master/slave),只有带CPU的器件才可成主控器。图1为I2C总线一次完整的数据传输。SCL为高期间,SDA状态必须稳定,SCL为低时才允许SDA状态变化。SCL保持高电平期间,SDA出现由高至低的转换将启动I2C总线,出现由低至高的转换将停止数据传输。起始和终止信号通常由主控器产生。I2C总线的信号时序有严格规定,本应用采用标准模式,SCL低电平周期≥4.7μs,SCL高电平周期≥4.0μs,START和STOP之间的总线空闲时间≥4.7μs。

  I2C 总线上传送的每个字节必须为8位,启动和停止之间可传输的数据字节数不受限制。采用串行传送,首先传送最高位,每传送一个字节后必须跟一个应答位。主控器产生应答所需的时钟脉冲期间,发送器必须释放数据线(SDA为高),以便接收器输出应答位。低电平为应答信号,高电平为非应答信号。非应答信号是当主控器作为接收器时,收到最后一个字节数据后,必须发送一个非应答信号给被控发送器,使被控发送器释放数据线,以便主控器发停止信号,终止数据传送。当从器件不能再接收字节时也会出现非应答信号这种情况。

  I2C总线上的器件一般有两个地址:受控地址和通用广播访问地址,每个器件有唯一的受控地址用于定点通信,而相同的通用广播访问地址则用于主控方同时对所有器件进行访问。如图1所示,起始信号后主控器发送的第一个字节就是被读器件的受控地址,称作寻址字节。寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成,方向位为“0”表明主控器对被控器的写操作(W),方向位为 “1”表明对被控器的读操作(R)。总线上每个器件在起始信号后都把自己的地址与寻址字节的前7位相比较,如相同则器件被选中,产生应答,并根据读写位决定在数据传送中是接收还是发送。无论是主发、主收还是从发、从收,都是由主器件控制,数据传送完后,主控器都必须发停止信号。

  

I2C总线数据传输的C语言实现及其应用

3 I2C总线的C51语言实现

  C51语言是针对Intel的8位单片机MCS-51系列而开发的、具有一般C语言特点的高级编程语言。从1985年至今,有许多公司推出 51系列的C语言编译器,其中以Franklin C51编译器在代码生成方面较为领先,它可生成最少的代码,支持浮点和长整数、重入和递归。头文件reg51.h中包含了51单片机的特殊功能寄存器(SFR)的字节定义与位定义。为了与具有I2C总线接口的51单片机兼容,可在程序开始处定义单片机的P1.6和P1.7作为I2C总线的SCL和SDA信号,实际中也可用其它的I/O引脚作为SCL和SDA信号。C51语言中只要用赋值语句”=”就可实现I/O口某位的数据输出和读入。现将I2C总线底层读写函数接口及功能列举如下,它可用于没有内部I2C接口的51系列单片机与I2C总线器件通信。

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