I2C总线协议(AT24C02C)

本文章是基于TQ2440开发板上的AT24C02C

一, I2C简介

      IIC即Inter-Integrated Circut(集成电路总线),有飞利浦在八十年代实际出来. I2C是一种多向控制总线,就是同一个总线下可以连接多个芯片,同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源.

二. 硬件结构

      I2C串行总线一般有两根信号线,一根是双向的数据总线SDA, 一根是时钟总线SCL. 所有的接到I2C总线设备上的的串行数据SDA都接到总线的SDA线上,时钟线SCL都接到总线的SCL上.SDA可以被master和slave控制,SCL只能由master控制.

     电路图如下:

    

       从图中可以看出,I2C有八个pin脚, 1~3(A0~A2)是地址输入; 5(SDA)串行数据; 6(SCL)为时钟输入; 7(WP)为写保护.

三, 设备操作

      3.1 开始和停止条件

             在I2C总线传输过程中,将两种特定的情况定义为开始和停止条件

             1)start : 当SCL为高电平,SDA的电平由高到低为开始条件

             2)stop : 当SCL为高电平,SDA的电平由低到高为停止条件

             

         开始和停止条件都是由主控制器产生,    

    3.2 传输数据

        i2c用9个时钟周期传输一组数据,前8个周期传送8-bit数据,第9个周期传输一个ACK(acknowledge).

            

       数据有效性

              SDA在SCL高电平期间传输数据并保持数据有效性,在低电平期间进行数据改变

      

四, 数据传输与操作

      4.1 设备地址

             I2C设备地址由8个bit单元构成,高七位为设备地址,低一位为读写操作标志位(写为低电平0,读为高电平1),设备地址的高四位为强制设置(AT24C02C设置为1010);低三位分别是A2到A0的状态.所以一共可以接上128个I2C设备(也有10个bit的地址,这里不考虑). 因为TQ2440的开发板上只有一个eeprom,所以它直接把A0~A2接地,设置成低电平.设备地址就被设置成1010000x,x为0 是写操作,为1是读操作.

                

       4.2 写操作

            1)写字节

                write byte需要将工作标示符设置成0（也就是将device address中的最低位设置成0）

                a)master先将SDA线由高拉成低电平进入start,

                b)接着master在总线上广播一个device address(10100000),所有挂载在这个总线上的设备收到这个地址并与自己匹配,匹配上的slave就会发送一个ACK给master,

                c)master就会知道已经找到slave,接着发送word address,告诉slave需要在这个地址上写值,slave收到以后发送一个ACK

                d)master再发送data,slave收到发送一个ACK

                e)这样master知道操作已经结束,将SDA从低电平拉高,进入stop

                          

              2)写页

                 在2k EEPROM中支持8-byte页写，操作流程和写单个byte一样，不同就是在写入first data后,该微控制器还可以传输多达七个字节数据。

                

        4.3 读操作

             除了讲动作标示符设置成read(device address的最低位设置成1)，其它的和write的操作流程都一样。这里由三个读操作.

             

             1）当前地址读操作

                    EEPROM内部有一个数据字地址计数器，它会将最后一次写或读操作的地址后面一个地址存储下来（当前地址就是上一次操作的地址 + 1）。

                    a) master控制SDA进入start

                    b) master广播一个device address（1010 000 1）

                    c) slave 匹配到地址，发送一个ACK(ack就是slave在第九个时钟周期将SDA线拉成低电平,master检测到是低电平就直到slave已经接收完数据)，接着将当前地址的data 发送给master

                    d) master 控制SDA进入stop

                           

             2 ) 随机读操作

                    a) master控制SDA进入start,并广播一个设备地址，以TQ2440开发版为例设备地址为 1010 000 0（为什么这里操作标示符还是为0而不是1,这是因为接下来master需要在buff上写入word address,告诉slave我需要在该地址上读数据）

                    b) slave 匹配到回应一个ACK给 master

                    c) master 收到回应后接着发送一个word address给slave，告诉slave我需要从这个地址上读数据。到这里称作DUMMY WRITE，就是为了加载word address

                    d) master再次控制SDA进入start, 并再广播一下该设备地址，这里将标示符设置成read,

                    e) slave 匹配地址后，回应一个ACK给master,并接着发送该word address的数据到buff上

                    f) master接收到该数据并不回应一个ACK，而是直接控制SDA进入stop

               

             

             3 ) 连续读操作

                      这个和当前地址读操作一样，除了slave需要发送多个data, len < x之前,master会发送ACK给slave