C51—模拟IIC总线实现EEPROM存取数据

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- 什么是IIC总线

IIC总线是同步通信的一种特殊形式，具有接线口少、控制简单、器件封装形式小、通信速率高等特点。在主从通信中，可以有多个IIC总线器件同时连接到IIC总线上，所有与IIC兼容的器件都具有标准的接口，通过地址来识别通信对象，使他们可以经由IIC总线互相直接通信。
IIC总线由SDA数据线和SCL时钟线俩条线构成通信线路，既可发送数据也可以接收数据。在CPU和IC之间、IC与IC间都可以双向传播，每个器件都有唯一的地址，这样就可以使信息进行准确的传输。CPU发出的信号分为地址码和数据码俩部分，地址码用来选址，数据码是通信的内容。
总而言之，IIC总线就是器件之间的通信线路，主器件可以通过IIC总线向从器件发送数据，也可以从从器件接收数据。51单片机不具备IIC总线接口，但我们可以通过软件模拟IIC总线的工作时序，只需要正确调用各个函数就能够方便的拓展IIC总线接口器件。

-什么是EEPROM

EEPROM就是一种存储介质，就像ROM、PROM、FLASH储存器等，下面我粗略地介绍一下EEPROM的由来
ROM：只读存储器，其中的内容在工厂中就烧录好了，内容只能读，不能改，所以用户只能读取其中数据，一旦数据出错，ROM就相当于废掉了。
PROM：可编程的ROM，相比于原来的ROM，用户可以将自己所需要的数据写入，但也只有一次机会，数据一旦写入之后就无法修改。
EPROM：可擦除可编程ROM，相比较PROM，此芯片可以重复擦除和写入，虽然它解决了PROM只能写入一次的弊端，但EPROM数据的擦除是通过紫外线的照射来完成的，所以使用此芯片时对紫外线的防护是很重要的。
EEPROM电可擦除可编程ROM，鉴于EPROM擦除数据的不容易，EEPROM应运而生，它是以电子信号来修改其内容的，而且是以byte为最小修改单位的，不需要将数据全部清除来写入，可以实现定向修改数据。而且因为其数据保存具有掉电不丢失的特性备受追捧。
在下的程序就是通过51单片机模拟IIC总线对AT24C02（EEPROM的型号）进行数据的存取和修改。
AT24C02的储存容量为256B一般通过片内子地址寻址对内部256B中任意一个进行读\写操作，其寻址范围为00~FF。

-IIC总线的通信格式

就像串口通讯和红外遥控一样，IIC总线也有一套通信方式。
硬件结构：
先来认识一下IIC总线的硬件结构，SDA是数据线，SCL是时钟线，总线上个器件均采用漏极开路结构与总线相连，因此SDA和SCL都需要上拉电阻，总线在空闲状态保持高电平，一旦某一器件输出低电平，都将使总线的信号变低，所以说各器件的SDA和SCL都是线“与”关系。

数据位有效性：
IIC中数据的传输是通过SDA和SCL进行高低电平变化来完成的，在传送数据时，只有当时钟线SCL为高电平的时候数据线SDA上的电平才有效（即SDA高电平代表1；SDA低电平代表0），所以在SCL为高电平的时候SDA上的数据一定要保持稳定才行，不然数据的传输会很不稳定的。那就是说SCL为低电平的时候SDA怎么变化都没有关系，但SCL为高电平时SDA一定要稳定，可以理解为传输信号的改变是在SCL为低电平的时候进行的（SCL高电平时SDA的改变即为传输信号的改变）。

启始信号、停止信号：
IIC每次进行数据传输时先由主机发出启始信号，代表数据传输的开始，信号格式为：在SCL高电平时期SDA产生下降沿（注意这与数据的传输不同，SCL高电平时器SDA要变化），这样从器件就会检测到该信号并做好准备。
相对应，停止信号时在SCL高电平时期SDA产生上升沿信号。俩种信号的时序图如下
寻址信号：
主机在发出启始信号后，再发出寻址信号，这里介绍一下七位寻址方式。
寻址信号由一个字节（8byte）构成，高七位为地址位，用来确定要进行通信的从器件，最低位是方向位，用来说明是传输数据还是接收数据。每一个从器件都会对比主机发送的地址码和自己的地址，如果安排上了，再判断从器件是接收主机数据还是向主机发送数据。
从器件的地址由固定地址和可编程地址俩部分组成，固定地址用于区别类别，可编程地址用来区别同类从器件。比如AT24C02有四位固定地址和三位可编程地址，三位可编程地址可以有八种表达方式，所以最多可以有八个AT24C02器件接再IIC中。
方向位为0时，主机向从机传输数据；方向位为1时，从机向主机传输数据。
应答信号：
IIC总线协议规定：每传输1字节数据（含地址及命令）后，都要有一个应答信号，以确定数据传送是否被对方收到。应答信号由接收方产生，应答信号的格式为：在SCL为高电平时SDA为低电平（被动的，我们到时候只要检测一下SDA是否被拉低即可），表示数据传输正确，产生应答。但当主机为接收方时，对最后一字节不应答。

（在敲代码时我们一般将应答信号的检验放在数据发送函数中）

模块化设计注解

这里只是挑重要模块进行注解，后面有完整代码。
延时10um函数：

void dy()

{

	uint a;

	for(a=3;a>0;a--)

		;

}

IIC启始函数：

void IICstart()//产生下降沿，启动信号

{

	SDA=1;

	dy();

	SCL=1;

	dy();

	SDA=0;

	dy();

	SCL=0;

}

IIC停止函数：

void IICstop()//产生上升沿，停止信号

{

	SDA=0;

	dy();

	SCL=1;

	dy();

	SDA=1;

	dy();

	SCL=0;

}

IIC发送一个字节函数：

uchar IICsendbyte(uchar dat)//将dat一个字节的内容发送出去，先发送最高位，并检测应答

{

	uint i;

	SCL=0

	for(i=0;i<8;i++)//8位逐次发送

	{

		dat<<=1;

		SDA=CY;//进行左移操作后最高位自动移入PSW寄存器中的CY位（可以用来zb）

		dy();

		SCL=1;

		dy();

		SCL=0;

		dy();

	}

	SDA=1;//拉高SDA电平，准备检测应答信号

	dy();

	SCL=1;

	while(SDA)

	{

		j++;

		if(j>200)//当超过2000umSDA还没被拉低，算应答失败或非应答

		{

			SDA=0;

			dy();

			return 0;//发送失败返回0

		}

	}

	SCL=0;

	dy();

	return 1;//发送成功返回1

}

IIC接收一个字节函数：

uchar IICreadbyte()//读取一个字节数据，并返回

{

	uint i;

	uchar dat;

	for(i=0;i<8;i++)

	{

		SCL=1;

		dy();

		dat<<=1;//一定要先移位

		dat |=SDA;//与运算

		dy();

		SCL=0;

		dy();

	}

	return dat;

}

向AT24C02写字节：

void AT24C02write(uchar addr,uchar dat)//往addr地址写入dat数据

{

	IICstart();//开始

	IICsendbyte(0Xa0);//发送寻址 0Xa0代表寻址AT24C02并且方向位为0，主机向从机传输数据

	IICsendbyte(addr);//发送储存地址

	IICsendbyte(dat);//发送储存数据

	ICCstop();//结束

}

从AT24C02读字节：

uchar AT24C02read(uchar addr)//读取AT24C02中addr位置数据并返回

{

	uchar dat;

	IICstart();

	IICsendbyte(0Xa0);//伪写

	IICsendbyte(addr);

	IICstart();//开始读取

	IICsendbyte(0Xa1);//发送寻址 0Xa0代表寻址AT24C02并且方向位为1，从机向主机传输数据

	dat=IICreadbyte(addr);//读取数据

	IICstop();

	return dat;//返回数据

}

整体代码

在下通过按键k1、k2、k3、k4实现数据在AT14C02中的保存、读取、自增、清零等操作，并通过数码管显示数值（38译码器），亲自测试可以运行。

 #include"reg52.h"

 #define uint unsigned int

 #define uchar unsigned char

 uchar num,duan[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

 sbit SDA=P2^0;

 sbit SCL=P2^1;

 sbit a=P2^2;

 sbit b=P2^3;

 sbit c=P2^4;

 sbit k1=P1^3;

 sbit k2=P1^2;

 sbit k3=P1^1;

 sbit k4=P1^0;

void delay10us()   //时间>4.7um就ok

{

    unsigned char a;

    for(a=3;a>0;a--);

}

void dy(uint x)		  //按键时用的延时函数

{

	while(x--);

}

void xs()			 //数码管显示

{

	uint i;

	for(i=0;i<4;i++)

	{

		switch(i)

		{

			case 0:a=0;b=0;c=0;P0=duan[num/1000];break;	 //千位

			case 1:a=1;b=0;c=0;P0=duan[num/100];break;	   //百位

			case 2:a=0;b=1;c=0;P0=duan[num/10%10];break;	  //十位

			case 3:a=1;b=1;c=0;P0=duan[num%10];break;	  //个位

		}

		dy(100);

		P0=0X00;

    }

}

void IICstart()			 //起始信号

{

	SDA=1;

	delay10us();

	SCL=1;

	delay10us();

	SDA=0;

	delay10us();

}

void IICstop()			  //停止信号

{

	SDA=0;

	delay10us();

	SCL=1;

	delay10us();

	SDA=1;

	delay10us();

}

uchar IICsendbyte(uchar dat)		//发送一个字节的数据

{

	uint i,j=0;

	SCL=0;

	for(i=0;i<8;i++)				 //从最高位开始发送

	{

		dat<<=1;

		SDA=CY;						//左移时最高位会移入PSW寄存器的CY位中

		delay10us();

		SCL=1;

		delay10us();

		SCL=0;

		delay10us();

	}

	SDA=1;

	delay10us();

	SCL=1;

	while(SDA)		 //等待应答	 即等待设备把SDA拉低

	{

		j++;

		if(j>200)		 //如果超过2000um没有应答就算发送失败或非应答  表示接收结束

		{

			SCL=0;

			delay10us();

			return 0;

		}

	}

	SCL=0;			  //不管应答或非应答，SCL都置0

	delay10us();

	return 1;

}

uchar IICreadbyte()		   //读一个字节，从最高位开始

{

	uint i,dat=0;

	SDA=1;		 //因为下面开始时SCL=1，所以SDA要稳定

	delay10us();

	for(i=0;i<8;i++)

	{

		SCL=1;

		delay10us();

		dat<<=1;

		dat |=SDA;

		delay10us();

		SCL=0;

		delay10us();

	}

	return dat;    //返回读到的数据dat（一个字节）

}

void AT24c02write(uchar addr,uchar dat)	 //往AT24c02的addr地址写入dat数据

{

	IICstart();

	IICsendbyte(0Xa0);			  //发送要与之通信的器件地址，此处为AT24c02的地址

	IICsendbyte(addr);			  //发送要写入的内存地址，AT24c02内部可储存256字节，故地址可以为0~255

	IICsendbyte(dat);			  //发送数据

	IICstop();

}

uchar AT24c02read(uchar addr)	   //读取AT24c02中addr地址的值，并返回给函数

{

	uchar dat;

	IICstart();

	IICsendbyte(0Xa0);			  //伪写

	IICsendbyte(addr);

	IICstart();					   //真正开始读数据

	IICsendbyte(0Xa1);

	dat=IICreadbyte();

	IICstop();

	return dat;

}

void key()

{

	if(k1==0)

	{

		dy(1000);

		if(k1==0)

		{

			AT24c02write(1,num);

		}

		while(!k1);	   //检测放手

	}

	if(k2==0)

	{

		dy(1000) ;

		if(k2==0)

		{

			num=AT24c02read(1);

		}

		while(!k2);	   //检测放手

	}

	if(k3==0)

	{

		dy(1000);

		if(k3==0)

		{

			num++;

			if(num==256)

			num=0;

		}

		while(!k3);	   //检测放手

	}

	if(k4==0)

	{

		dy(1000);

		if(k4==0)

		{

			num=0;

		}

		while(!k4);	   //检测放手

	}

}

void main()

{

	while(1)

	{

		key();

		xs();

	}

}

巴特西