8051单片机系统中I2C总线的应用

简介：
本文章介绍了在8051单片机系统中如何应用I2C总线进行通信的方法和技巧，并探讨了其实际应用场景。 I2C总线在8051单片机系统中的应用 I2C总线是一种高性能串行通信接口，具备多主机系统的仲裁功能以及高速与低速设备同步的能力。它通过两条线路——串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL），实现连接到该总线上各器件之间的信息传输，并且是个多主控制总线系统。在I2C总线上，每个设备都有一个唯一的地址用于识别，并且可以作为发送器或接收器。 当应用于8051单片机系统中，使用I2C总线能够简化电路设计并减少所需接口器件的数量，从而提高产品的可靠性。特别是在IC卡的应用领域内，I2C总线获得了广泛的认可和应用。 I2C总线的构成及其时序 -------------------- 在多主机环境下，可以将多个能控制总线的设备连接到I2C串行总线上。此接口包含两根信号线路：一根是双向数据传输线SDA；另一根为单向时钟线SCL。这两条线路均为双向IO口，在没有通信任务的情况下都处于高电平状态。 进行I2C通信的过程中，所有主机均需在SCL线上生成自己的时钟信号以用于总线上的数据传输。根据规定的数据协议，每次发送一个位信息就需要产生一次时钟脉冲；并且只有当SCL为低电平时，SDA的高低转换才被允许发生。因此，在启动和结束通信阶段，需要通过改变SDA的状态来实现。 8051单片机系统中I2C总线的应用 -------------------------------- 由于8051系列微控制器本身并不具备内置的I2C接口功能，所以必须利用其通用IO口模拟出符合I2C时序要求的数据传输。以常见的E2PROM芯片AT24C256为例，在这里我们将介绍如何通过普通IO端口在8051上实现与之兼容的虚拟I2C串行总线接口及相应的软件设计。 AT24C256是来自Atmel公司的存储容量为256Kbit的电可擦除编程内存芯片，采用小型封装形式，并且具有体积小巧、储存量大的特点。该器件具备A0和A1两个地址选择引脚以区分不同设备间的地址分配；此外还包含SCL（串行时钟输入）、SDA（双向数据I/O端口）以及WP（写保护输入）等引脚，用于控制芯片的操作模式。 在开始状态后紧接着需要发送一个8位的器件地址来执行特定的读/写操作。设备寻址码前四位恒定为1、0、1、0；接下来三位则对应于硬件配置管脚A2至A0的位置信息；最后一位则是用于区分读取或写入命令的选择信号（当此位置零时发起写指令，置一表示执行读动作）。其具体格式如下：1010 A2 A1 A0 RW。 虚拟I2C总线的软件设计 ------------------------- 为了实现虚拟I2C总线的功能，我们需要根据相应的通信协议和AT24C256的工作特性来开发适合的应用程序。这包括了设定AT24C256的地址信息并将其存储到单片机内部寄存器中；同时还需要控制IO口以模拟出正确的时序信号从而完成数据交换。 在软件编程过程中，必须充分考虑芯片寻址方式、读写操作及传输过程中的时间因素。此外还需根据I2C总线的标准规范设计相应的算法来确保虚拟接口的正常运作与高效通信能力。