51单片机 —— IIC协议 & EEPROM读写

MCU：AT89S52

EEPROM：AT24C02

IIC

IIC物理层

IIC协议是PHILIPS公司在1980年代开发的串行通信协议，半双工通信，多主从结构（任意时刻只有一主机），低速传输，支持多种传输速率（标准：100Kbit/s、快速：400Kbit/s、高速：3.4Mbit/s），传输距离短，主要用于MCU与外设的通信。IIC一共由两根总线组成：用于数据传输的SDA和用于时序控制的SCL。

IIC协议层

主机&从机：控制SCL电平变换的器件即为主机。

IIC协议没有固定的波特率，但有时序的要求。

IIC空闲状态

SCL和SDA均保持高电平。

IIC起始信号

SCL保持高电平，SDA由高电平跳变到低电平，产生一个下降沿，表示起始信号。

IIC停止信号

SCL保持高电平，SDA由低电平跳变到高电平，产生一个上升沿，表示停止信号。

IIC响应信号

外设每接收到一字节的数据后，在第9个时钟脉冲到来前，（从机）将SDA稳定置低电平表示应答，（从机）将SDA稳定置高电平表示非应答。

IIC数据传输

一字节数据由高位到低位依次传输，在数据传输过程中，主机必须保持SCL为低电平（因为当SCL为高电平时，SDA的任何电平变化都将被视为起始/停止信号）。

IIC寻址信号

主机发送一个起始信号后，接着发送一字节的寻址信号，该寻址信号的前7位表示器件地址（其中前4位固定为1010，后3位由从器件的对应的3个引脚的电平决定），第8位则为数据方向位（0表示主机写入数据，1表示主机读取数据），若从器件存在，则响应应答信号。

IIC时序

起始/停止时序

写周期时序

应答时序

EEPROM读写

开发板上的EEPROM使用IIC协议来读写数据。

数据写入

⑴发送IIC起始信号

⑵发送IIC寻址信号（从器件EEPROM的地址+写操作方向）

⑶发送将要存储数据的EEPROM的存储地址

⑷发送将要写入EEPROM的数据

数据读出

⑴发送IIC起始信号

⑵发送IIC寻址信号（从器件EEPROM的地址+写操作方向）

⑶发送将要读出数据的EEPROM的存储地址

⑷发送IIC起始信号

⑸发送IIC寻址信号（从器件EEPROM的地址+读操作方向）

⑹主机读取从器件返回的数据

举个栗子

一个00~99的计数器，每秒计数一次，具有断电记忆功能（开机后，从关机前的最新数值继续计数），软件模拟IIC协议。

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>

bit x=0;		//将计时值写入EEPROM的标志位
sbit SCL=P2^1;
sbit SDA=P2^0;
sbit X=P2^4;		//引脚P2^4为开发板上DS1302模块的复位引脚
sbit DU=P2^6;		//数码管模块段选位
sbit WE=P2^7;		//数码管模块位选位

unsigned char num=0;
unsigned char i=0;

unsigned char LEDS[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};		//共阴数码管的段码

void LEDS_IO()		//数码管锁存
{
	WE=1;
	P0=1;
	WE=0;
	DU=1;
	P0=0;
	DU=0;
}

void Delay5ms()
{
	unsigned char i,j;
	i=9;
	j=244;
	do
	{
		while(--j);
	}
	while(--i);
}

void IIC_Delay()
{
	_nop_();
	_nop_();
}

void IIC_INIT()		//IIC初始化
{
	X=0;		//DS1302模块的复位电平为低电平，令DS1302模块一直处于复位状态，使其I/O端口（P2^0）不输出，避免干扰EEPROM模块的SDA端口（P2^0）
	SDA=1;
	IIC_Delay();
	SCL=1;
	IIC_Delay();
}

void IIC_Start()		//IIC起始信号
{
	SDA=1;
	IIC_Delay();
	SCL=1;
	IIC_Delay();
	SDA=0;
	IIC_Delay();
}

void IIC_Stop()		//IIC停止信号
{
	SDA=0;
	IIC_Delay();
	SCL=1;
	IIC_Delay();
	SDA=1;
	IIC_Delay();
}

void IIC_ACK()		//等待应答信号；“应答”信号：SDA=0；“非应答”信号：SDA=1
{
	unsigned char i;
	SCL=1;
	IIC_Delay();
	while((SDA==1)&&(i<256))		//若超时，则视为“非应答”
	{
		i++;
	}
	SCL=0;
	IIC_Delay();
}

void IIC_Write(unsigned char DATA)		//IIC发送数据
{
	unsigned char i;
	unsigned char temp;
	temp=DATA;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		temp=temp<<1;
		SCL=0;
		IIC_Delay();
		SDA=CY;		//IIC数据的发送从高位开始，需要使用左移指令，而C语言的左移和右移指令，CY参与其中（CY并不是只有在进位和借位中用到），左移出来的一位赋给CY
		IIC_Delay();
		SCL=1;
		IIC_Delay();
	}
	SCL=0;		//将SCL置低电平，准备接收应答信号
	IIC_Delay();
	SDA=1;		//释放SDA，准备接收从器件反馈的应答信号
	IIC_Delay();
}

unsigned char IIC_Read()		//IIC接收数据
{
	unsigned char i;
	unsigned char DATA;
	SCL=0;
	IIC_Delay();
	SDA=1;
	IIC_Delay();
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SCL=1;
		IIC_Delay();
		DATA=(DATA<<1)|SDA;
		SCL=0;
		IIC_Delay();
	}
	return DATA;
}

void EEPROM_Write(unsigned char ADDRESS,unsigned char DATA)		//写入EEPROM
{
	IIC_Start();
	IIC_Write(0xa0);		//发送IIC从器件（EEPROM）地址，并选择“写”操作
	IIC_ACK();
	IIC_Write(ADDRESS);		//发送将要写入的EEPROM的存储地址
	IIC_ACK();
	IIC_Write(DATA);		//发送写入EEPROM的数据
	IIC_ACK();
	IIC_Stop();
}

unsigned char EEPROM_Read(unsigned char ADDRESS)		//读取EEPROM
{
	unsigned char DATA;
	IIC_Start();
	IIC_Write(0xa0);
	IIC_ACK();
	IIC_Write(ADDRESS);
	IIC_ACK();
	IIC_Start();
	IIC_Write(0xa1);		//发送IIC从器件（EEPROM）地址，并选择“读”操作
	IIC_ACK();
	DATA=IIC_Read();
	IIC_Stop();
	return DATA;
}

void LEDS_OUTPUT(unsigned char m,unsigned char n)		//数码管显示
{
	DU=0;
	P0=LEDS[m];
	DU=1;
	DU=0;
	WE=0;
	P0=0x3e;
	WE=1;
	WE=0;
	Delay5ms();
	DU=0;
	P0=LEDS[n];
	DU=1;
	DU=0;
	WE=0;
	P0=0x3d;
	WE=1;
	WE=0;
	Delay5ms();
}

void main()
{
	IIC_INIT();
	LEDS_IO();
	num=EEPROM_Read(0x00);
	TMOD=0x01;
	TH0=0x4c00;
	TL0=0x4c00;
	TR0=1;
	ET0=1;
	EA=1;
	while(1)
	{
		LEDS_OUTPUT(num/10,num%10);
		if(x==1)
		{
			x=0;
			EEPROM_Write(0x00,num);
		}
	}
}

void T() interrupt 1		//每0.05秒中断一次
{
	TH0=0x4c00;
	TL0=0x4c00;
	i++;
	if(i==20)		//中断20次，即1秒
	{
		i=0;
		num++;
		x=1;
		if(num==100)
		{
			num=0;
		}
	}
}

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参考资料：

第14章 I2C总线与EEPROM

IIC协议超详细解释（适合小白入门）

IIC详解，包括原理、过程，最后一步步教你实现IIC

IIC原理超详细讲解—值得一看