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標(biāo)題: 第12章 I2C總線與EEPROM 12.2 [打印本頁]
作者: 卓然塵世間    時間: 2026-4-28 14:42
標(biāo)題: 第12章 I2C總線與EEPROM 12.2
12.2.I2C尋址模式
上一節(jié)介紹的是I2C每一位信號的時序流程，而I2C通信在字節(jié)級的傳輸中，也有固定的時序要求。I2C通信的起始信號(Start)后，首先要發(fā)送一個從機(jī)的地址，這個地址一共有7位，緊跟著的第8位是數(shù)據(jù)方向位(R/W)，“0”表示接下來要發(fā)送數(shù)據(jù)（寫），‘“1”表示接下來是請求數(shù)據(jù)（讀）。
打電話的時候，當(dāng)撥通電話，接聽方撿起電話肯定要回一個“喂”，這就是告訴撥電話的人，這邊有人了。同理，這個第九位ACK實(shí)際上起到的就是這樣一個作用。當(dāng)發(fā)送完了這7位地址和1位方向后，如果發(fā)送的這個地址確實(shí)存在，那么這個地址的器件應(yīng)該回應(yīng)一個ACK（拉低SDA即輸出“0”），如果不存在，就沒“人”回應(yīng)NACK（SDA將保持高電平即“1”）。
寫一個簡單的程序，訪問一下Kingst51開發(fā)板上的EEPROM的地址，另外再寫一個不存在的地址，看看它們是否能回一個ACK，來了解和確認(rèn)一下這個問題。
Kingst51開發(fā)板上的EEPROM器件型號是24C02，在24C02的數(shù)據(jù)手冊3.6節(jié)中可查到，24C02的7位地址中，其中高4位是0b1010，低3位的地址取決于具體電路的設(shè)計(jì),由芯片的A2、A1、A0這3個引腳的實(shí)際電平?jīng)Q定，來看一下電路圖，如圖12-4所示。

圖12-4 24C02原理圖
從圖12-4可以看出，A2、A1、A0都是接的GND，也就是說都是0，因此24C02的7位地址實(shí)際上是二進(jìn)制的0b1010000，也就是0x50。用I2C的協(xié)議來尋址0x50，另外再尋址一個不存在的地址0x62，尋址完畢后，通過邏輯分析儀觀察一下兩個地址是否回復(fù)ACK。
/*****************************main.c文件程序源代碼******************************/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define I2CDelay()  {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
sbit I2C_SCL = P3^7;
sbit I2C_SDA = P3^6;
bit I2CAddressing(unsigned char addr);
void main()
{
    I2CAddressing(0x50); //查詢地址為0x50的器件
    I2CAddressing(0x62); //查詢地址為0x62的器件
    while (1);
}
/* 產(chǎn)生總線起始信號 */
void I2CStart()
{
    I2C_SDA = 1; //首先確保SDA、SCL都是高電平
    I2C_SCL = 1;
    I2CDelay();
    I2C_SDA = 0; //先拉低SDA
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0; //再拉低SCL
}
/* 產(chǎn)生總線停止信號 */
void I2CStop()
{
    I2C_SCL = 0; //首先確保SDA、SCL都是低電平
    I2C_SDA = 0;
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1; //先拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SDA = 1; //再拉高SDA
    I2CDelay();
}
/* I2C總線寫操作，dat-待寫入字節(jié)，返回值-從機(jī)應(yīng)答位的值 */
bit I2CWrite(unsigned char dat)
{
    bit ack;  //用于暫存應(yīng)答位的值
    unsigned char mask;  //用于探測字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量
    for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //從高位到低位依次進(jìn)行
    {
        if ((mask&dat) == 0)  //該位的值輸出到SDA上
            I2C_SDA = 0;
        else
            I2C_SDA = 1;
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;          //拉高SCL
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;          //再拉低SCL，完成一個位周期
    }
    I2C_SDA = 1;   //8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，主機(jī)釋放SDA，以檢測從機(jī)應(yīng)答
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    ack = I2C_SDA; //讀取此時的SDA值，即為從機(jī)的應(yīng)答值
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成應(yīng)答位，并保持住總線
    return ack;    //返回從機(jī)應(yīng)答值
}
/* I2C尋址函數(shù)，即檢查地址為addr的器件是否存在，返回值-從器件應(yīng)答值 */
bit I2CAddressing(unsigned char addr)
{
    bit ack;
    I2CStart();  //產(chǎn)生起始位，即啟動一次總線操作
    ack = I2CWrite(addr<<1);  //器件地址需左移一位，因?qū)ぶ访畹淖畹臀?/font>
                              //為讀寫位，用于表示之后的操作是讀或?qū)?/font>
    I2CStop();   //不需進(jìn)行后續(xù)讀寫，而直接停止本次總線操作
   
    return ack;
}
前面的章節(jié)中已經(jīng)提到利用庫函數(shù)_nop_()可以進(jìn)行精確延時，一個_nop_()的時間就是一個機(jī)器周期，這個庫函數(shù)包含在intrins.h這個文件中，如果要使用這個庫函數(shù)，只需要在程序最開始，和包含reg52.h一樣，include<intrins.h>之后，程序中就可以使用這個庫函數(shù)了。
還有一點(diǎn)要提一下，I2C通信分為低速模式100kbit/s、快速模式400kbit/s和高速模式3.4Mbit/s。因?yàn)樗械?/font>I2C器件都支持低速，但卻未必支持另外兩種速度，所以作為通用的I2C程序選擇100k這個速率，也就是說實(shí)際程序產(chǎn)生的時序必須小于等于100k的時序參數(shù)，很明顯也就是要求SCL的高低電平持續(xù)時間都不短于5us，因此在時序函數(shù)中通過插入I2CDelay()這個總線延時函數(shù)（它實(shí)際上就是4個NOP指令，用define在文件開頭做了定義），加上改變SCL值語句本身占用的至少一個周期，來達(dá)到這個速度限制。如果以后需要提高速度，那么只需要減小這里的總線延時時間即可。
此外學(xué)習(xí)一個發(fā)送數(shù)據(jù)的技巧，就是I2C通信時如何將一個字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。注意函數(shù)I2CWrite中，用的for循環(huán)的技巧。for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1)，由于I2C通信是從高位開始發(fā)送數(shù)據(jù)，所以先從最高位開始，0x80和dat進(jìn)行按位與運(yùn)算，從而得知dat第7位是0還是1，然后右移一位，也就是變成了用0x40和dat按位與運(yùn)算，得到第6位是0還是1，一直到第0位結(jié)束，最終通過if語句，把dat的8位數(shù)據(jù)依次發(fā)送了出去。
使用Kingst LA5016邏輯分析儀將抓到的波形顯示出來，并且用過I2C的協(xié)議解碼器將協(xié)議解析出來，如圖12-5所示。從圖上可以看出，第一個字節(jié)發(fā)的是0x50，回復(fù)了一個ACK；第二個字節(jié)發(fā)了一個0x62，但是出現(xiàn)的是NAK，說明這個地址沒有產(chǎn)生應(yīng)答。

圖12-5 邏輯分析儀抓取I2C地址
在邏輯分析儀的I2C協(xié)議設(shè)置中，有三種地址格式顯示方式，也就是目前市面上各種資料對I2C協(xié)議地址定義的方式。如圖12-6所示。

圖12-6  I2C地址顯示格式
前邊講I2C發(fā)送的第一個字節(jié)是7位地址加一位讀寫位，但是有些資料直接將讀寫位歸結(jié)到I2C的地址，也有的資料將7位地址位認(rèn)為是高7位，以開發(fā)板的0x50地址和0x62地址為例，即地址二進(jìn)制0b1010 000，寫的時候是0b1010 0000；讀的時候是0b1010 0001。
方式1：8-bit，包含讀/寫位，0x50地址對應(yīng)這種方式寫地址為0xA0;讀地址為0xA1。
方式2：8-bit，讀/寫位顯示為0，即寫地址和讀地址都是0xA0。
方式3：7-bit，本教材采用的方式，寫地址和讀地址都是0x50。





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