大家好，通過前一期的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對(duì)ICD2 仿真燒寫器和增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉，學(xué)會(huì)了如何用單片機(jī)來控制發(fā)光管、繼電器、蜂鳴器、按鍵、數(shù)碼管、RS232 串口、步進(jìn)電機(jī)、溫度傳感器等資源，體會(huì)到了學(xué)習(xí)板的易用性與易學(xué)性，看了前幾期實(shí)例，當(dāng)你實(shí)驗(yàn)成功后一定很興奮，很有成就感吧！現(xiàn)在我們就趁熱打鐵，再向上跨一步，一起來學(xué)習(xí)一下I²C 總線的工作原理及使用方法，這樣我們可以將一些我們要保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到I²C總線的非易失存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)斷電保持的功能，比如：你設(shè)置了一個(gè)密碼，但不至于這個(gè)設(shè)備斷過電以后就要重新設(shè)置過，我們可以將密碼數(shù)據(jù)寫在非易失存儲(chǔ)器里面，還有如汽車的量程表的讀數(shù)是不斷累計(jì)的，可以通過不斷訪問I²C 存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。

　　一、I²C總線特點(diǎn)

　　I²C 總線是主從結(jié)構(gòu)，單片機(jī)是主器件，存儲(chǔ)器是從器件。一條總線可以帶多個(gè)從器件（ 也可以有多主結(jié)構(gòu)），I²C 總線的SDA 和SCL 是雙向的，開路門結(jié)構(gòu)，通過上拉電阻接正電源。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在SCL 線的時(shí)鐘信號(hào)是低電平時(shí)才能改變，如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定

　　在SCL 線是高電平時(shí)，SDA 線從高電平向低電平切換表示起始條件；當(dāng)SCL 是高電平時(shí)SDA 線由低電平向高電平切換表示停止條件如圖2 所示。

圖2 起始和停止信號(hào)

　　發(fā)送到SDA 線上的每個(gè)字節(jié)必須為8 位。

　　可以由高位到低位傳輸多個(gè)字節(jié)。每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)響應(yīng)位（ACK）。響應(yīng)時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生。主機(jī)釋放SDA 線從機(jī)將SDA 線拉低，并在時(shí)鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定。如圖3 示。當(dāng)主機(jī)接受數(shù)據(jù)時(shí)，它收到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由主機(jī)對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA 線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止或重復(fù)起始信號(hào)。

圖3 字節(jié)格式與應(yīng)答

　　二、數(shù)據(jù)幀格式

　?。?）主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳送方向在傳輸過程中不改變，如圖4 所示。

圖4 主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)

　　注：陰影部分：表示主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；無陰影部分：表示主機(jī)向從機(jī)讀取數(shù)據(jù)。

　　A：表示應(yīng)答； ：表示非應(yīng)答。S：起始信號(hào)；P ：終止信號(hào)。

　?。?）主機(jī)在個(gè)字節(jié)后，立即向從機(jī)讀取數(shù)據(jù)，如圖5 所示。

圖5 主機(jī)在個(gè)字節(jié)后立即讀從機(jī)

　?。?）復(fù)合格式，如圖6 所示。傳輸改變方向的時(shí)候，起始條件和從機(jī)地址都會(huì)被重復(fù)，但R/ W^- 位取反。如果主機(jī)接收器發(fā)送一個(gè)停止或重復(fù)起始信號(hào)，它之前應(yīng)該發(fā)送了一個(gè)不響應(yīng)信號(hào)（  ）。

圖6 復(fù)合格式

　　由以上格式可見，無論哪種傳輸方式，起始信號(hào)、終止信號(hào)和地址均由主機(jī)發(fā)出（圖中陰影部分），數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送方向則由尋址字節(jié)中的方向位規(guī)定，每個(gè)字節(jié)的傳送都必須有應(yīng)答位（A 或 ）。

　　下面通過24C02 實(shí)例在增強(qiáng)型PIC 實(shí)驗(yàn)板上編程，其硬件原理圖如圖7 所示，U7 為實(shí)驗(yàn)板上24C02 芯片，SDA 與單片機(jī)的RB5 口相連，SCL 與單片機(jī)RB4 相連，七段數(shù)碼管D5、D7、D8 組成了顯示單元，字形碼的數(shù)據(jù)通過RC 口送入，各數(shù)碼管的顯示片選信號(hào)分別不同的RA 口進(jìn)行控制。

圖7 讀/ 寫AT24C 系列存儲(chǔ)器原理圖

　　在MPLab IDE 軟件中新建工程，加入源程序代碼，同時(shí)進(jìn)行芯片型號(hào)的選擇和配置位的設(shè)置，我們實(shí)驗(yàn)所用的芯片型號(hào)為PIC16F877A。

　　編寫的程序代碼如下，其中程序流程圖如圖8 所示。

　　三、軟件流程圖

圖8 I²C 總線讀/ 寫數(shù)據(jù)流程圖

　　四、軟件代碼

　　/**********/

　　/* 目標(biāo)器件：PIC16F877A */

　　/* 晶振：4.0MHZ */

　　/* 編譯環(huán)境：MPLAB V7.51 */

　　/**********/

　　/**********

　　包含頭文件

　　**********/

　　#include<pic.h>

　　/**********

　　數(shù)據(jù)定義

　　**********/

　　#define address 0xa

　　#define nop（） asm（"nop"）

　　#define OP_READ 0xa1

　　// 器件地址以及讀取操作

　　#define OP_WRITE 0xa0

　　// 器件地址以及寫入操作

　　/**********

　　端口定義

　　**********/

　　#define SCL RB4

　　#define SDA RB5

　　#define SCLIO TRISB4

　　#define SDAIO TRISB5

　　/**********

　　共陰LED 段碼表

　　**********/

　　const char table[]={0xC0,0xF9,0xA4,0x

　　B0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x

　　83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};

　　/**********

　　函數(shù)功能： 延時(shí)子程序

　　**********/

　　void delay（）

　　{

　　int i;

　　for（i=0;i<100;i++）

　　{;}

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 開始信號(hào)

　　**********/

　　void start（）

　　{

　　SDA=1;

　　nop（）；

　　SCL=1;

　　nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

　　SDA=0;

　　nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

　　SCL=0;

　　nop（）；nop（）；

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 停止信號(hào)

　　**********/

　　void stop（）

　　{

　　SDA=0;

　　nop（）；

　　SCL=1;

　　nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

　　SDA=1;

　　nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 讀取數(shù)據(jù)

　　出口參數(shù)：read_data

　　**********/

　　unsigned char shin（）

　　{

　　unsigned char i,read_data;

　　for（i=0;i<8;i++）

　　{ nop（）；nop（）；nop（）；

　　SCL=1;

　　nop（）；nop（）；

　　read_data《=1;

　　if（SDA == 1）

　　read_data=read_data+1;

　　nop（）；

　　SCL=0;

　　}

　　return（read_data）；

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 向EEPROM 寫數(shù)據(jù)

　　入口參數(shù)：write_data

　　出口參數(shù)：ack_bit

　　**********/

　　bit shout（unsigned char write_data）

　　{

　　unsigned char i;

　　unsigned char ack_bit;

　　for（i = 0; i < 8; i++）

　　{

　　if（write_data&0x80）

　　SDA=1;

　　else

　　SDA=0;

　　nop（）；

　　SCL = 1;

　　nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

　　SCL = 0;

　　nop（）；

　　write_data 《= 1;

　　}

　　nop（）；nop（）；

　　SDA = 1;

　　nop（）；nop（）；

　　SCL = 1;

　　nop（）；nop（）；nop（）；

　　ack_bit = SDA; // 讀取應(yīng)答

　　SCL = 0;

　　nop（）；nop（）；

　　return ack_bit;

　　// 返回AT24Cxx 應(yīng)答位

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 向指定地址寫數(shù)據(jù)

　　入口參數(shù)：addr,write_data

　　**********/

　　void write_byte（unsigned char addr,

　　unsigned char write_data）

　　{

　　start（）；

　　shout（OP_WRITE）；

　　shout（addr）；

　　SDAIO = 0;

　　// 在寫入數(shù)據(jù)前SDA 應(yīng)設(shè)置為輸出

　　shout（write_data）；

　　stop（）；

　　delay（）；

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 向指定地址讀數(shù)據(jù)

　　入口參數(shù)：random_addr

　　出口參數(shù)：read_data

　　**********/

　　unsigned char read_random（unsigned

　　char random_addr）

　　{ unsigned char read_data;

　　start（）；

　　shout（OP_WRITE）；

　　shout（random_addr）；

　　start（）；

　　shout（OP_READ）；

　　SDAIO = 1;

　　// 讀取數(shù)據(jù)前SDA 應(yīng)設(shè)置為輸入

　　read_data = shin（）；

　　stop（）；

　　return（read_data）；

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 顯示子程序

　　入口參數(shù)：k

　　**********/

　　void display（unsigned char k）

　　{

　　TRISA=0X00;

　　// 設(shè)置A 口全為輸出

　　PORTC=table[k/1000];

　　// 顯示千位

　　PORTA=0xEF;

　　delay（）；

　　PORTC=table[k/100%10];

　　// 顯示百位

　　PORTA=0xDF;

　　delay（）；

　　PORTC = table [k/ 10%10] ;

　　// 顯示十位

　　PORTA=0xFB;

　　delay（）；

　　PORTC=table[k%10]; // 顯示個(gè)位

　　PORTA=0xF7;

　　delay（）；

　　}

　　/**********

　　函數(shù)功能： 主程序

　　**********/

　　void main（）

　　{

　　unsigned char eepromdata;

　　TRISB=0X00;

　　OPTION&=~（1《7）；

　　// 設(shè)置RB 口內(nèi)部上拉電阻有效

　　TRISC=0X00;

　　PORTB=0X00;

　　PORTC=0xff;

　　TRISA=0X00;

　　eepromdata=0;

　　write_byte（0x01,0x55）；

　　// 向0x01 地址寫入0x55（85） 的數(shù)據(jù)

　　delay（）；

　　write_byte（0x02,0xaa）；

　　// 向0x02 地址寫入0xAA（170） 的數(shù)據(jù)

　　delay（）；

　　eepromdata=read_random（0x02）；

　　// 讀取其中一個(gè)地址內(nèi)的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證

　　while（1）

　　{

　　display（eepromdata）；

　　}

　　}

　　編好程序后將編譯好的HEX 碼通過ICD2仿真燒寫器燒入單片機(jī)芯片，上電運(yùn)行，主程序中在0x01 地址寫入了“0x55”， 在0x02 地址寫入了“0xaa”，然后在while 循環(huán)中讀出0x02地址的值，也就是我們之前寫入的“0x55”，讀出后顯示在數(shù)碼管上，我們可以看到數(shù)碼管顯示“170”，即“0xaa”相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。

　　作為初學(xué)者的讀者一定對(duì)有些語句會(huì)有點(diǎn)疑問，可以看程序中的注釋部份，24c 系列IC 數(shù)據(jù)手冊(cè)和源程序相結(jié)合來進(jìn)行分析。有的常用的函數(shù)，請(qǐng)參閱在前幾期的教程。