大家好，通過前一期的學習，我們已經對ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板的使用方法及學習方式有所了解與熟悉，學會了如何用單片機來控制發光管、繼電器、蜂鳴器、按鍵、數碼管、RS232 串口、步進電機、溫度傳感器等資源，體會到了學習板的易用性與易學性，看了前幾期實例，當你實驗成功后一定很興奮，很有成就感吧！現在我們就趁熱打鐵，再向上跨一步，一起來學習一下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據存儲到I2C總線的非易失存儲器中，實現斷電保持的功能，比如：你設置了一個密碼，但不至于這個設備斷過電以后就要重新設置過，我們可以將密碼數據寫在非易失存儲器里面，還有如汽車的量程表的讀數是不斷累計的，可以通過不斷訪問I2C 存儲器實現。

一、I2C總線特點

I2C 總線是主從結構，單片機是主器件，存儲器是從器件。一條總線可以帶多個從器件（ 也可以有多主結構），I2C 總線的SDA 和SCL 是雙向的，開路門結構，通過上拉電阻接正電源。進行數據傳輸時，SDA 線上的數據必須在時鐘的高電平周期保持穩定。數據線的高或低電平狀態只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變，如圖1 所示。

圖1 數據位的有效性規定

在SCL 線是高電平時，SDA 線從高電平向低電平切換表示起始條件；當SCL 是高電平時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

發送到SDA 線上的每個字節必須為8 位。

可以由高位到低位傳輸多個字節。每個字節后必須跟一個響應位（ACK）。響應時鐘脈沖由主機產生。主機釋放SDA 線從機將SDA 線拉低，并在時鐘脈沖的高電平期間保持穩定。如圖3 示。當主機接受數據時，它收到最后一個數據字節后，必須向從機發出一個結束傳送的信號。這個信號是由主機對從機的“非應答”來實現的。然后，從機釋放SDA 線，以允許主機產生終止或重復起始信號。

圖3 字節格式與應答

二、數據幀格式

（1）主機向從機發送數據，數據的傳送方向在傳輸過程中不改變，如圖4 所示。

圖4 主機向從機發送數據

注：陰影部分：表示主機向從機發送數據；無陰影部分：表示主機向從機讀取數據。

A：表示應答；：表示非應答。S：起始信號；P ：終止信號。

（2）主機在第一個字節后，立即向從機讀取數據，如圖5 所示。

圖5 主機在第一個字節后立即讀從機

（3）復合格式，如圖6 所示。傳輸改變方向的時候，起始條件和從機地址都會被重復，但R/ W-位取反。如果主機接收器發送一個停止或重復起始信號，它之前應該發送了一個不響應信號（）。

圖6 復合格式

由以上格式可見，無論哪種傳輸方式，起始信號、終止信號和地址均由主機發出（圖中陰影部分），數據字節的傳送方向則由尋址字節中的方向位規定，每個字節的傳送都必須有應答位（A 或）。

下面通過24C02 實例在增強型PIC 實驗板上編程，其硬件原理圖如圖7 所示，U7 為實驗板上24C02 芯片，SDA 與單片機的RB5 口相連，SCL 與單片機RB4 相連，七段數碼管D5、D7、D8 組成了顯示單元，字形碼的數據通過RC 口送入，各數碼管的顯示片選信號分別不同的RA 口進行控制。

圖7 讀/ 寫AT24C 系列存儲器原理圖

在MPLab IDE 軟件中新建工程，加入源程序代碼，同時進行芯片型號的選擇和配置位的設置，我們實驗所用的芯片型號為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/ 寫數據流程圖

四、軟件代碼

/**********/

/* 目標器件：PIC16F877A */

/* 晶振：4.0MHZ */

/* 編譯環境：MPLAB V7.51 */

/**********/

/**********

包含頭文件

**********/

#include

/**********

數據定義

**********/

#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};

/**********

函數功能： 延時子程序

**********/

void delay（）

{

int i;

for（i=0;i<100;i++）

{;}

}

/**********

函數功能： 開始信號

**********/

void start（）

{

SDA=1;

nop（）；

SCL=1;

nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

SDA=0;

nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

SCL=0;

nop（）；nop（）；

}

/**********

函數功能： 停止信號

**********/

void stop（）

{

SDA=0;

nop（）；

SCL=1;

nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

SDA=1;

nop（）；nop（）；nop（）；nop（）；

}

/**********

函數功能： 讀取數據

出口參數：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）；

}

/**********

函數功能： 向EEPROM 寫數據

入口參數：write_data

出口參數：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; // 讀取應答

SCL = 0;

nop（）；nop（）；

return ack_bit;

// 返回AT24Cxx 應答位

}

/**********

函數功能： 向指定地址寫數據

入口參數：addr,write_data

**********/

void write_byte（unsigned char addr,

unsigned char write_data）

{

start（）；

shout（OP_WRITE）；

shout（addr）；

SDAIO = 0;

// 在寫入數據前SDA 應設置為輸出

shout（write_data）；

stop（）；

delay（）；

}

/**********

函數功能： 向指定地址讀數據

入口參數：random_addr

出口參數：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;

// 讀取數據前SDA 應設置為輸入

read_data = shin（）；

stop（）；

return（read_data）；

}

/**********

函數功能： 顯示子程序

入口參數：k

**********/

void display（unsigned char k）

{

TRISA=0X00;

// 設置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]; // 顯示個位

PORTA=0xF7;

delay（）；

}

/**********

函數功能： 主程序

**********/

void main（）

{

unsigned char eepromdata;

TRISB=0X00;

OPTION&=~（1《7）；

// 設置RB 口內部上拉電阻有效

TRISC=0X00;

PORTB=0X00;

PORTC=0xff;

TRISA=0X00;

eepromdata=0;

write_byte（0x01,0x55）；

// 向0x01 地址寫入0x55（85） 的數據

delay（）；

write_byte（0x02,0xaa）；

// 向0x02 地址寫入0xAA（170） 的數據

delay（）；

eepromdata=read_random（0x02）；

// 讀取其中一個地址內的數據來驗證

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芯片，上電運行，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”，讀出后顯示在數碼管上，我們可以看到數碼管顯示“170”，即“0xaa”相應的十進制數。

作為初學者的讀者一定對有些語句會有點疑問，可以看程序中的注釋部份，24c 系列IC 數據手冊和源程序相結合來進行分析。