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1、概述：
在使用單片機(jī)或芯片級(jí)通信時(shí)，I2C是一種必不可少的通信協(xié)議。 I2C只有兩線接口：一條數(shù)據(jù)線 (SDA) ，另一條時(shí)鐘線 (SCL)，通信方式比較簡(jiǎn)單可靠。但由于SDA、SCL為漏極開路結(jié)構(gòu)(OD)，因此硬件設(shè)計(jì)時(shí)必須接有上拉電阻,阻值的大小常為 1k8,2K2，4k7和 10k；當(dāng)I2C線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。
本文中以自己項(xiàng)目中所用到的具有I2C通信協(xié)議的EEPROM芯片24LC64為例，EEPROM芯片硬件電路如圖1所示，數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線處于空閑狀態(tài)時(shí)，采用LOTO的OSC802示波器測(cè)量空閑時(shí)的波形如圖2所示。
圖1 I2C芯片電路
圖2 示波器測(cè)量I2C空閑時(shí)狀態(tài)
2、I2C協(xié)議
快速搭建單片機(jī)和芯片之間通信，首先要熟悉I2C通信協(xié)議，I2C協(xié)議主要是怎樣判斷數(shù)據(jù)的起始、停止、ACK；下面將一一介紹：
起始信號(hào)：當(dāng)SCL為高電平期間，SDA由高到低的跳變；啟動(dòng)信號(hào)是一種電平跳變時(shí)序信號(hào)，而不是一個(gè)電平信號(hào)。
停止信號(hào)：當(dāng)SCL為高電平期間，SDA由低到高的跳變；停止信號(hào)也是一種電平跳變時(shí)序信號(hào)，而不是一個(gè)電平信號(hào)。
I2C起始和停止信號(hào)示意如圖3所示；
圖3 I2C起止信號(hào)
ACK:單片機(jī)每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，就在時(shí)鐘脈沖第9個(gè)周期期間釋放數(shù)據(jù)線，由EEPROM芯片發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。 應(yīng)答信號(hào)為低電平時(shí)，規(guī)定為有效應(yīng)答位（ACK簡(jiǎn)稱應(yīng)答位），表示EEPROM已經(jīng)成功地接收了該字節(jié)。
對(duì)于反饋有效應(yīng)答位ACK的要求是，EEPROM在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖之前的低電平期間將SDA線拉低或一直保持低電平；并且確保在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。（通過(guò)示波器捕捉功能，采集到的波形如圖4所示）
圖4 示波器測(cè)量I2C總線起始信號(hào)
同樣應(yīng)答信號(hào)在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖為高電平時(shí)，規(guī)定為非應(yīng)答位（NACK），表示EEPROM接收該字節(jié)沒(méi)有成功。對(duì)于反饋非應(yīng)答位為NACK時(shí)，單片機(jī)將會(huì)繼續(xù)發(fā)送相同的字節(jié)。（測(cè)量波形如圖5所示） 圖5 非應(yīng)答時(shí)信號(hào)狀態(tài)3、數(shù)據(jù)的有效性
I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。
雖然只要求在高電平期間保持穩(wěn)定，但是數(shù)據(jù)在SCL的上升沿到來(lái)之前就需準(zhǔn)備好，數(shù)據(jù)是在SCL的上升沿打入到(EEPROM)中的。
4、數(shù)據(jù)傳輸
在I2C總線上傳送的每一位數(shù)據(jù)都有一個(gè)時(shí)鐘脈沖相對(duì)應(yīng)（或同步控制），即在SCL串行時(shí)鐘的配合下，在SDA上逐位地串行傳送每一位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)位的傳輸是邊沿觸發(fā)。但一般數(shù)據(jù)是以時(shí)鐘脈沖高電平時(shí)SDA狀態(tài)確定的。
單片機(jī)收到來(lái)自EEPROM發(fā)出的應(yīng)答后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。
等待應(yīng)答時(shí)，時(shí)鐘脈沖將有一定時(shí)間處于低電平的延時(shí)，為傳輸下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。采用LOTO示波器捕捉的信號(hào)波形如圖8所示
圖7 單片機(jī)傳輸連續(xù)數(shù)據(jù)時(shí)序
圖8 示波器捕捉數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)序
◆ 發(fā)送停止位.
· EEPROM收到停止信號(hào)后，進(jìn)入到一個(gè)內(nèi)部的寫入周期，需要一定時(shí)間（芯片不同時(shí)間不同），SCL和SDA被釋放。此時(shí)任何操作都不會(huì)被EEPROM響應(yīng)；(因此以這種方式的兩次寫入之間要插入一個(gè)延時(shí)，否則會(huì)導(dǎo)致失敗)捕捉信號(hào)如同9所示
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