2．雙向傳輸?shù)慕涌谔匦浴鹘y(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線，如MCS51系列的TXD和RXD，而I2C總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè)器件向總線上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當(dāng)其從總線上接收信息時(shí)，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動(dòng)總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機(jī)，也沒有優(yōu)先機(jī)。
　　總線上主和從(即發(fā)送和接收)的關(guān)系不是一成不變的，而是取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送的方向。SDA和SCL均為雙向I/O線，通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線都是高電平。連接總線的器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送速率在標(biāo)準(zhǔn)工作方式下為100kbit/s，在快速方式下，最高傳送速率可達(dá)400kbit/s。
　　3．I2C總線上的時(shí)鐘信號(hào)　在I2C總線上傳送信息時(shí)的時(shí)鐘同步信號(hào)是由掛接在SCL時(shí)鐘線上的所有器件的邏輯“與”完成的。SCL線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個(gè)器件的時(shí)鐘信號(hào)下跳為低電平，將使SCL線一直保持低電平，使SCL線上的所有器件開始低電平期。此時(shí)，低電平周期短的器件的時(shí)鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線的狀態(tài)，于是這些器件將進(jìn)入高電平等待的狀態(tài)。
　　當(dāng)所有器件的時(shí)鐘信號(hào)都上跳為高電平時(shí)，低電平期結(jié)束，SCL線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時(shí)開始它們的高電平期。其后，第一個(gè)結(jié)束高電平期的器件又將SCL線拉成低電平。這樣就在SCL線上產(chǎn)生一個(gè)同步時(shí)鐘?？梢?，時(shí)鐘低電平時(shí)間由時(shí)鐘低電平期最長(zhǎng)的器件確定，而時(shí)鐘高電平時(shí)間由時(shí)鐘高電平期最短的器件確定。
　　4．?dāng)?shù)據(jù)的傳送　在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號(hào)（也稱啟動(dòng)和停止信號(hào)）的定義如圖2所示。當(dāng)時(shí)鐘線SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號(hào)；當(dāng)SCL線為高電平時(shí)，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)?ldquo;結(jié)束”信號(hào)。開始和結(jié)束信號(hào)都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號(hào)以后，總線即被認(rèn)為處于忙狀態(tài)；在結(jié)束信號(hào)以后的一段時(shí)間內(nèi)，總線被認(rèn)為是空閑的。

　　I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開始信號(hào)后，送出的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號(hào)后，系統(tǒng)中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/W)確定。
　　在I2C總線上每次傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)不限，但每一個(gè)字節(jié)必須為8位，而且每個(gè)傳送的字節(jié)后面必須跟一個(gè)認(rèn)可位（第9位），也叫應(yīng)答位（ACK）。數(shù)據(jù)的傳送過程如圖3所示。每次都是先傳最高位，通常從器件在接收到每個(gè)字節(jié)后都會(huì)作出響應(yīng)，即釋放SCL線返回高電平，準(zhǔn)備接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主器件可繼續(xù)傳送。如果從器件正在處理一個(gè)實(shí)時(shí)事件而不能接收數(shù)據(jù)時(shí)，（例如正在處理一個(gè)內(nèi)部中斷，在這個(gè)中斷處理完之前就不能接收I2C總線上的數(shù)據(jù)字節(jié)）可以使時(shí)鐘SCL線保持低電平，從器件必須使SDA保持高電平，此時(shí)主器件產(chǎn)生1個(gè)結(jié)束信號(hào)，使傳送異常結(jié)束，迫使主器件處于等待狀態(tài)。當(dāng)從器件處理完畢時(shí)將釋放SCL線，主器件繼續(xù)傳送。

　　當(dāng)主器件發(fā)送完一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對(duì)應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘（ACK）認(rèn)可位，在此時(shí)鐘內(nèi)主器件釋放SDA線，一個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束，而從器件的響應(yīng)信號(hào)將SDA線拉成低電平，使SDA在該時(shí)鐘的高電平期間為穩(wěn)定的低電平。從器件的響應(yīng)信號(hào)結(jié)束后，SDA線返回高電平，進(jìn)入下一個(gè)傳送周期。
　　I2C總線還具有廣播呼叫地址用于尋址總線上所有器件的功能。若一個(gè)器件不需要廣播呼叫尋址中所提供的任何數(shù)據(jù)，則可以忽略該地址不作響應(yīng)。如果該器件需要廣播呼叫尋址中提供的數(shù)據(jù)，則應(yīng)對(duì)地址作出響應(yīng)，其表現(xiàn)為一個(gè)接收器。
　　5．總線競(jìng)爭(zhēng)的仲裁　總線上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線的情況。例如，多單片機(jī)系統(tǒng)中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機(jī)要同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，這種情況叫做總線競(jìng)爭(zhēng)。I2C總線具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在SDA線上的總線競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲裁，其仲裁原則是這樣的：當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDA總線電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出級(jí)?？偩€競(jìng)爭(zhēng)的仲裁是在兩個(gè)層次上進(jìn)行的。首先是地址位的比較，如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性。由于是利用I2C總線上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。
　　6. I2C總線接口器件　目前在視頻處理、移動(dòng)通信等領(lǐng)域采用I2C總線接口器件已經(jīng)比較普遍。另外，通用的I2C總線接口器件，如帶I2C總線的單片機(jī)、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驅(qū)動(dòng)器等器件，也越來越多地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

AT24C02是美國(guó)ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是內(nèi)含256×8位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點(diǎn)。

電子制作實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站提供的AT89C51試驗(yàn)開發(fā)板上帶有一片AT24C02芯片可以提供試驗(yàn)。下面是它的電路圖。

圖中AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89C51試驗(yàn)開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送，在AT89C51試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.5連接。第6腳SCL為串行時(shí)鐘輸入線，在AT89C51試驗(yàn)開發(fā)板上和單片機(jī)的P3.6連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)5.1K的電阻上拉。第7腳需要接地。

24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器。每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

;這是將0600H地址中以下的8個(gè)數(shù)據(jù)寫到24C02的01H為首址單元中去的匯編程序

ORG 0000H

SCL BIT P3.4;定義24C02的串行時(shí)鐘線
SDA BIT P3.5;定義24C02的串行數(shù)據(jù)線

LJMP START
START:LCALL STAR;調(diào)用
MOV R2,#08H;一個(gè)數(shù)據(jù)有8位
MOV DPTR,#0600H;定義源數(shù)據(jù)的位置
LOOP:MOV A,#00H
MOVC A,@A+DPTR
LCALL SDATA
LCALL ACK
JC LOOP
INC DPTR
DJNZ R2,LOOP

LCALL STOP;調(diào)用停止子程序

STAR:SETB SDA
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR SDA
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR SCL
RET
SDATA:MOV R0,#08H
LOOP0:RLC A
MOV SDA,C
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR SCL
DJNZ R0,LOOP0
RET
ACK:SETB SDA
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
MOV C,SDA
CLR SCL
RET
STOP:CLR SDA
NOP
NOP
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
SETB SDA
NOP
NOP
NOP
NOP
RET
ORG 0600H
DB 0A0H,10H,01H,02H,03H,04H,05H,06H
END

　　讀寫子程序如下：

;寫串行E2PROM子程序EEPW
; R3=10100000（命令1010+器件3位地址+讀/寫。 器件地址一個(gè)芯片，是000）
; (R4)=片內(nèi)字節(jié)地址
; (R1)=欲寫數(shù)據(jù)存放地址指針
; (R7)=連續(xù)寫字節(jié)數(shù)n
EEPW: MOV　P1,#0FFH

　　CLR　　P1.0　　;發(fā)開始信號(hào)
　　MOV　　A,R3　　;送器件地址
　　ACALL　 SUBS
　　MOV　　A,R4　　;送片內(nèi)字節(jié)地址
　　ACALL　SUBS
AGAIN: MOV　A,@R1
　　ACALL SUBS　;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序INC　 　R1
　　DJNZ　　R7,AGAIN;連續(xù)寫n個(gè)字節(jié)
　　CLR 　 　P1.0　　;SDA置0, 準(zhǔn)備送停止信號(hào)
　　ACALL　DELAY ;延時(shí)以滿足傳輸速率要求
　　SETB 　 P1.1　 ;發(fā)停止信號(hào)
　　ACALL　DELAY
　　SETB 　 P1.0
　　RET

SUBS: MOV　R0,#08H ;發(fā)送單字節(jié)子程序
LOOP: CLR　P1.1
　　RLC　　A
　　MOV　　P1.0,C
　　NOP
　　SETB　P1.1
　　ACALL DELAY
　　DJNZ　R0,LOOP ;循環(huán)8次送8個(gè)bit
　　CLR　　P1.1
　　ACALL DELAY
　　SETB　P1.1
REP: MOV　C,P1.0
　　JC　　REP　　;判應(yīng)答到否，未到則等待
　　CLR　 P1.1
　　RET

DELAY: NOP
　　NOP
　　RET

;讀串行E2PROM子程序EEPR
;(R1)=欲讀數(shù)據(jù)存放地址指針
;; R3=10100001（命令1010+器件3位地址+讀/寫。 器件地址一個(gè)芯片，是000）
;(R4)=片內(nèi)字節(jié)地址
;(R7)=連續(xù)讀字節(jié)數(shù)

EEPR: MOV　P1,#0FFH
　　CLR　　P1.0　　;發(fā)開始信號(hào)
　　MOV　　A,R3　　;送器件地址
　　ACALL SUBS　　 ;調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序
　　MOV　A,R4　　　;送片內(nèi)字節(jié)地址
　　ACALL SUBS
　　MOV　P1,#0FFH
　　CLR　P1.0　　　;再發(fā)開始信號(hào)
　　MOV　A,R3
　　SETB　ACC.0　　;發(fā)讀命令
　　ACALL SUBS
MORE: ACALL SUBR
　　MOV　@R1,A
　　INC　R1
　　DJNZ R7,MORE
　　CLR　P1.0
　　ACALL DELAY
　　SETB P1.1
　　ACALL DELAY
　　SETB　P1.0 ;送停止信號(hào)
　　RET

SUBR: MOV　 R0,#08H ;接受單字節(jié)子程序
LOOP2: SETB　 P1.1
　　ACALL DELAY
　　MOV　C,P1.0
　　RLC　A
　　CLR　P1.1
　　ACALL DELAY
　　DJNZ R0,LOOP2
　　CJNE R7,#01H,LOW
　　SETB P1.0　　;若是最后一個(gè)字節(jié)置A=1
　　AJMP SETOK
LOW: CLR　P1.0　　;否則置A=0
SETOK: ACALL DELAY
　　SETB　 P1.1
　　ACALL DELAY
　　CLR　　P1.1
　　ACALL DELAY
　　SETB　P1.0　　;應(yīng)答畢,SDA置1
　　RET

　　程序中多處調(diào)用了DELAY子程序(僅兩條NOP指令)，這是為了滿足I2C總線上數(shù)據(jù)傳送速率的要求，只有當(dāng)SDA數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來之后才能進(jìn)行讀寫(即SCL線發(fā)出正脈沖)。另外，在讀最后一數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，置應(yīng)答信號(hào)為“1”，表示讀操作即將完成。