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12.2.I2C寻址模式 上一节介绍的是I2C每一位信号的时序流程，而I2C通信在字节级的传输中，也有固定的时序要求。I2C通信的起始信号(Start)后，首先要发送一个从机的地址，这个地址一共有7位，紧跟着的第8位是数据方向位(R/W)，“0”表示接下来要发送数据（写），‘“1”表示接下来是请求数据（读）。 打电话的时候，当拨通电话，接听方捡起电话肯定要回一个“喂”，这就是告诉拨电话的人，这边有人了。同理，这个第九位ACK实际上起到的就是这样一个作用。当发送完了这7位地址和1位方向后，如果发送的这个地址确实存在，那么这个地址的器件应该回应一个ACK（拉低SDA即输出“0”），如果不存在，就没“人”回应NACK（SDA将保持高电平即“1”）。 写一个简单的程序，访问一下Kingst51开发板上的EEPROM的地址，另外再写一个不存在的地址，看看它们是否能回一个ACK，来了解和确认一下这个问题。 Kingst51开发板上的EEPROM器件型号是24C02，在24C02的数据手册3.6节中可查到，24C02的7位地址中，其中高4位是0b1010，低3位的地址取决于具体电路的设计,由芯片的A2、A1、A0这3个引脚的实际电平决定，来看一下电路图，如图12-4所示。 图12-4 24C02原理图 从图12-4可以看出，A2、A1、A0都是接的GND，也就是说都是0，因此24C02的7位地址实际上是二进制的0b1010000，也就是0x50。用I2C的协议来寻址0x50，另外再寻址一个不存在的地址0x62，寻址完毕后，通过逻辑分析仪观察一下两个地址是否回复ACK。 /*****************************main.c文件程序源代码******************************/ #include <reg52.h> #include <intrins.h> #define I2CDelay() {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} sbit I2C_SCL = P3^7; sbit I2C_SDA = P3^6; bit I2CAddressing(unsigned char addr); void main() { I2CAddressing(0x50); //查询地址为0x50的器件 I2CAddressing(0x62); //查询地址为0x62的器件 while (1); } /* 产生总线起始信号 */ void I2CStart() { I2C_SDA = 1; //首先确保SDA、SCL都是高电平 I2C_SCL = 1; I2CDelay(); I2C_SDA = 0; //先拉低SDA I2CDelay(); I2C_SCL = 0; //再拉低SCL } /* 产生总线停止信号 */ void I2CStop() { I2C_SCL = 0; //首先确保SDA、SCL都是低电平 I2C_SDA = 0; I2CDelay(); I2C_SCL = 1; //先拉高SCL I2CDelay(); I2C_SDA = 1; //再拉高SDA I2CDelay(); } /* I2C总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值 */ bit I2CWrite(unsigned char dat) { bit ack; //用于暂存应答位的值 unsigned char mask; //用于探测字节内某一位值的掩码变量 for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行 { if ((mask&dat) == 0) //该位的值输出到SDA上 I2C_SDA = 0; else I2C_SDA = 1; I2CDelay(); I2C_SCL = 1; //拉高SCL I2CDelay(); I2C_SCL = 0; //再拉低SCL，完成一个位周期 } I2C_SDA = 1; //8位数据发送完后，主机释放SDA，以检测从机应答 I2CDelay(); I2C_SCL = 1; //拉高SCL ack = I2C_SDA; //读取此时的SDA值，即为从机的应答值 I2CDelay(); I2C_SCL = 0; //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线 return ack; //返回从机应答值 } /* I2C寻址函数，即检查地址为addr的器件是否存在，返回值-从器件应答值 */ bit I2CAddressing(unsigned char addr) { bit ack; I2CStart(); //产生起始位，即启动一次总线操作 ack = I2CWrite(addr<<1); //器件地址需左移一位，因寻址命令的最低位 //为读写位，用于表示之后的操作是读或写 I2CStop(); //不需进行后续读写，而直接停止本次总线操作 return ack; } 前面的章节中已经提到利用库函数_nop_()可以进行精确延时，一个_nop_()的时间就是一个机器周期，这个库函数包含在intrins.h这个文件中，如果要使用这个库函数，只需要在程序最开始，和包含reg52.h一样，include<intrins.h>之后，程序中就可以使用这个库函数了。 还有一点要提一下，I2C通信分为低速模式100kbit/s、快速模式400kbit/s和高速模式3.4Mbit/s。因为所有的I2C器件都支持低速，但却未必支持另外两种速度，所以作为通用的I2C程序选择100k这个速率，也就是说实际程序产生的时序必须小于等于100k的时序参数，很明显也就是要求SCL的高低电平持续时间都不短于5us，因此在时序函数中通过插入I2CDelay()这个总线延时函数（它实际上就是4个NOP指令，用define在文件开头做了定义），加上改变SCL值语句本身占用的至少一个周期，来达到这个速度限制。如果以后需要提高速度，那么只需要减小这里的总线延时时间即可。 此外学习一个发送数据的技巧，就是I2C通信时如何将一个字节的数据发送出去。注意函数I2CWrite中，用的for循环的技巧。for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1)，由于I2C通信是从高位开始发送数据，所以先从最高位开始，0x80和dat进行按位与运算，从而得知dat第7位是0还是1，然后右移一位，也就是变成了用0x40和dat按位与运算，得到第6位是0还是1，一直到第0位结束，最终通过if语句，把dat的8位数据依次发送了出去。 使用Kingst LA5016逻辑分析仪将抓到的波形显示出来，并且用过I2C的协议解码器将协议解析出来，如图12-5所示。从图上可以看出，第一个字节发的是0x50，回复了一个ACK；第二个字节发了一个0x62，但是出现的是NAK，说明这个地址没有产生应答。 图12-5 逻辑分析仪抓取I2C地址 在逻辑分析仪的I2C协议设置中，有三种地址格式显示方式，也就是目前市面上各种资料对I2C协议地址定义的方式。如图12-6所示。 图12-6 I2C地址显示格式 前边讲I2C发送的第一个字节是7位地址加一位读写位，但是有些资料直接将读写位归结到I2C的地址，也有的资料将7位地址位认为是高7位，以开发板的0x50地址和0x62地址为例，即地址二进制0b1010 000，写的时候是0b1010 0000；读的时候是0b1010 0001。 方式1：8-bit，包含读/写位，0x50地址对应这种方式写地址为0xA0;读地址为0xA1。 方式2：8-bit，读/写位显示为0，即写地址和读地址都是0xA0。 方式3：7-bit，本教材采用的方式，写地址和读地址都是0x50。
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