基于proteus的51单片机仿真实例六十五、单个I2C器件AT24C02读写实例
1、I2C总线器件只有两根信号线，一根是双向的数据/地址线SDA，另一根是串行时钟总线SCL，所有连到I2C总线上的设备的串行数据线都接到总显得SDA上，而设备的串行时钟线都连接到总线的SCL上。
在实际使用中，由于SDA和SCL是漏极开路端口，所以两根总线必须接有5-10K的上拉电阻。
2、I2C总线的传输协议与数据传送
1）起始和停止条件
在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。
开始和结束信号都是有主器件产生的，在开始信号后，总线被认为处于忙状态，其它器件不能再产生开始信号。主器件在结束信号后退出主器件角色，经过一段时间，总线才被认为是空闲的。
2）数据格式
在I2C总线开始信号后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的。其中前7位为地址码，第8位为方向位，方向位为0，表示写操作，记住器件把信息写到所选的从器件中，方向位为1，表示读操作，即主器件从从器件读信息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和主器件送到总线上的地址进行比较，如果两者一直，则该器件为被主器件寻址的器件。
I2C总线的数据传输采用时钟脉冲逐位串行传送方式，在SCL低电平期间，SDA上的数据允许变化，SCL高电平期间，SDA上的数据必须保持稳定，不能发生变化，因为此时SDA状态的改变已被用来表示起始和停止条件，以便接收器件的采样接收。
3）相应
I2C总线协议规定，每传送一个字节数据（焊地址及命令字）后，都要有一个应答信号，以确定数据传送是否正确，应答位的时钟脉冲由主机产生，发送器件需在应答时钟脉冲的高电平期间释放（送高电平）数据/地址线SDA，转由接收器件控制，通常接收器件在这个时钟脉冲内必须向SDA传送低电平，以产生有效的应答信号。此时，主机残生一个停止信号，表示接受异常，使传送异常结束。
当主机为接收器件时，主机对最后一个季节不应答，以向发送器件表示数据传送结束。此时器件应释放SDA，以便主机产生一个停止信号。
3、本例利用单片机将数据“0x0f"写入AT24C02，然后将其读出并送P1口的8位LED显示。
4、在keil c51中新建工程ex53，编写如下程序代码，编译并生成ex53.hex文件
//将数据"0x0f"写入AT24C02再读出送P1口显示
#include <reg51.h> // 包含51单片机寄存器定义的头文件
#include <intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件
#define OP_READ 0xa1 // 器件地址以及读取操作,0xa1即为1010 0001B
#define OP_WRITE 0xa0 // 器件地址以及写入操作,0xa1即为1010 0000B
sbit SDA=P3^4; //将串行数据总线SDA位定义在为P3.4引脚
sbit SCL=P3^3; //将串行时钟总线SDA位定义在为P3.3引脚
#include <reg51.h> // 包含51单片机寄存器定义的头文件
#include <intrins.h> //包含_nop_()函数定义的头文件
#define OP_READ 0xa1 // 器件地址以及读取操作,0xa1即为1010 0001B
#define OP_WRITE 0xa0 // 器件地址以及写入操作,0xa1即为1010 0000B
sbit SDA=P3^4; //将串行数据总线SDA位定义在为P3.4引脚
sbit SCL=P3^3; //将串行时钟总线SDA位定义在为P3.3引脚
/*****************************************************
函数功能：延时1ms
(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒
***************************************************/
void delay1ms()
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<10;i++)
for(j=0;j<33;j++)
;
}
函数功能：延时1ms
(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒
***************************************************/
void delay1ms()
{
unsigned char i,j;
for(i=0;i<10;i++)
for(j=0;j<33;j++)
;
}
/*****************************************************
函数功能：延时若干毫秒
入口参数：n
***************************************************/
void delaynms(unsigned char n)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<n;i++)
delay1ms();
}
/***************************************************
函数功能：开始数据传送
***************************************************/
void start()
// 开始位
{
SDA = 1; //SDA初始化为高电平“1”
SCL = 1; //开始数据传送时，要求SCL为高电平“1”
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SDA = 0; //SDA的下降沿被认为是开始信号
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 0; //SCL为低电平时，SDA上数据才允许变化(即允许以后的数据传递）
}
/***************************************************
函数功能：结束数据传送
***************************************************/
void stop()
// 停止位
{
SDA = 0; //SDA初始化为低电平“0” _n
SCL = 1; //结束数据传送时，要求SCL为高电平“1”
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SDA = 1; //SDA的上升沿被认为是结束信号
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SDA=0;
SCL=0;
}
/***************************************************
函数功能：从AT24Cxx读取数据
出口参数：x
***************************************************/
unsigned char ReadData()
// 从AT24Cxx移入数据到MCU
{
unsigned char i;
unsigned char x; //储存从AT24Cxx中读出的数据
for(i = 0; i < 8; i++)
{
SCL = 1; //SCL置为高电平
x<<=1; //将x中的各二进位向左移一位
x|=(unsigned char)SDA; //将SDA上的数据通过按位“或“运算存入x中
SCL = 0; //在SCL的下降沿读出数据
}
return(x); //将读取的数据返回
}
/***************************************************
函数功能：向AT24Cxx的当前地址写入数据
入口参数：y (储存待写入的数据）
***************************************************/
//在调用此数据写入函数前需首先调用开始函数start(),所以SCL=0
bit WriteCurrent(unsigned char y)
{
unsigned char i;
bit ack_bit; //储存应答位
for(i = 0; i < 8; i++) // 循环移入8个位
{
SDA = (bit)(y&0x80); //通过按位“与”运算将最高位数据送到S
//因为传送时高位在前，低位在后
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 1; //在SCL的上升沿将数据写入AT24Cxx
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 0; //将SCL重新置为低电平，以在SCＬ线形成传送数据所需的８个脉冲
y <<= 1; //将y中的各二进位向左移一位
}
SDA = 1; // 发送设备（主机）应在时钟脉冲的高电平期间(SCL=1)释放SDA线，
//以让SDA线转由接收设备(AT24Cxx)控制
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 1; //根据上述规定，SCL应为高电平
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
ack_bit = SDA; //接受设备（AT24Cxx)向SDA送低电平，表示已经接收到一个字节
//若送高电平，表示没有接收到，传送异常
SCL = 0; //SCL为低电平时，SDA上数据才允许变化(即允许以后的数据传递）
return ack_bit; // 返回AT24Cxx应答位
}
/***************************************************
函数功能：向AT24Cxx中的指定地址写入数据
入口参数：add (储存指定的地址）；dat(储存待写入的数据）
***************************************************/
void WriteSet(unsigned char add, unsigned char dat)
// 在指定地址addr处写入数据WriteCurrent
{
start(); //开始数据传递
WriteCurrent(OP_WRITE); //选择要操作的AT24Cxx芯片，并告知要对其写入数据
WriteCurrent(add); //写入指定地址
WriteCurrent(dat); //向当前地址（上面指定的地址）写入数据
stop(); //停止数据传递
delaynms(4); //1个字节的写入周期为1ms, 最好延时1ms以上
}
/***************************************************
函数功能：从AT24Cxx中的当前地址读取数据
出口参数：x (储存读出的数据）
***************************************************/
unsigned char ReadCurrent()
{
unsigned char x;
start(); //开始数据传递
WriteCurrent(OP_READ); //选择要操作的AT24Cxx芯片，并告知要读其数据
x=ReadData(); //将读取的数据存入x
stop(); //停止数据传递
return x; //返回读取的数据
}
/***************************************************
函数功能：从AT24Cxx中的指定地址读取数据
入口参数：set_addr
出口参数：x
***************************************************/
unsigned char ReadSet(unsigned char set_addr)
// 在指定地址读取
{
start(); //开始数据传递
WriteCurrent(OP_WRITE); //选择要操作的AT24Cxx芯片，并告知要对其写入数据
WriteCurrent(set_addr); //写入指定地址
return(ReadCurrent()); //从指定地址读出数据并返回
}
/***************************************************
函数功能：主函数
***************************************************/
main(void)
{
SDA = 1; // SDA=1,SCL=1,使主从设备处于空闲状态
SCL = 1;
WriteSet(0x36,0x0f); //在指定地址“0x36”中写入数据“0x0f”
P1=ReadSet(0x36); //从指定地址“0x36中读取数据并送P1口显示
}
函数功能：延时若干毫秒
入口参数：n
***************************************************/
void delaynms(unsigned char n)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<n;i++)
delay1ms();
}
/***************************************************
函数功能：开始数据传送
***************************************************/
void start()
// 开始位
{
SDA = 1; //SDA初始化为高电平“1”
SCL = 1; //开始数据传送时，要求SCL为高电平“1”
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SDA = 0; //SDA的下降沿被认为是开始信号
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 0; //SCL为低电平时，SDA上数据才允许变化(即允许以后的数据传递）
}
/***************************************************
函数功能：结束数据传送
***************************************************/
void stop()
// 停止位
{
SDA = 0; //SDA初始化为低电平“0” _n
SCL = 1; //结束数据传送时，要求SCL为高电平“1”
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SDA = 1; //SDA的上升沿被认为是结束信号
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SDA=0;
SCL=0;
}
/***************************************************
函数功能：从AT24Cxx读取数据
出口参数：x
***************************************************/
unsigned char ReadData()
// 从AT24Cxx移入数据到MCU
{
unsigned char i;
unsigned char x; //储存从AT24Cxx中读出的数据
for(i = 0; i < 8; i++)
{
SCL = 1; //SCL置为高电平
x<<=1; //将x中的各二进位向左移一位
x|=(unsigned char)SDA; //将SDA上的数据通过按位“或“运算存入x中
SCL = 0; //在SCL的下降沿读出数据
}
return(x); //将读取的数据返回
}
/***************************************************
函数功能：向AT24Cxx的当前地址写入数据
入口参数：y (储存待写入的数据）
***************************************************/
//在调用此数据写入函数前需首先调用开始函数start(),所以SCL=0
bit WriteCurrent(unsigned char y)
{
unsigned char i;
bit ack_bit; //储存应答位
for(i = 0; i < 8; i++) // 循环移入8个位
{
SDA = (bit)(y&0x80); //通过按位“与”运算将最高位数据送到S
//因为传送时高位在前，低位在后
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 1; //在SCL的上升沿将数据写入AT24Cxx
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 0; //将SCL重新置为低电平，以在SCＬ线形成传送数据所需的８个脉冲
y <<= 1; //将y中的各二进位向左移一位
}
SDA = 1; // 发送设备（主机）应在时钟脉冲的高电平期间(SCL=1)释放SDA线，
//以让SDA线转由接收设备(AT24Cxx)控制
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
SCL = 1; //根据上述规定，SCL应为高电平
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
_nop_(); //等待一个机器周期
ack_bit = SDA; //接受设备（AT24Cxx)向SDA送低电平，表示已经接收到一个字节
//若送高电平，表示没有接收到，传送异常
SCL = 0; //SCL为低电平时，SDA上数据才允许变化(即允许以后的数据传递）
return ack_bit; // 返回AT24Cxx应答位
}
/***************************************************
函数功能：向AT24Cxx中的指定地址写入数据
入口参数：add (储存指定的地址）；dat(储存待写入的数据）
***************************************************/
void WriteSet(unsigned char add, unsigned char dat)
// 在指定地址addr处写入数据WriteCurrent
{
start(); //开始数据传递
WriteCurrent(OP_WRITE); //选择要操作的AT24Cxx芯片，并告知要对其写入数据
WriteCurrent(add); //写入指定地址
WriteCurrent(dat); //向当前地址（上面指定的地址）写入数据
stop(); //停止数据传递
delaynms(4); //1个字节的写入周期为1ms, 最好延时1ms以上
}
/***************************************************
函数功能：从AT24Cxx中的当前地址读取数据
出口参数：x (储存读出的数据）
***************************************************/
unsigned char ReadCurrent()
{
unsigned char x;
start(); //开始数据传递
WriteCurrent(OP_READ); //选择要操作的AT24Cxx芯片，并告知要读其数据
x=ReadData(); //将读取的数据存入x
stop(); //停止数据传递
return x; //返回读取的数据
}
/***************************************************
函数功能：从AT24Cxx中的指定地址读取数据
入口参数：set_addr
出口参数：x
***************************************************/
unsigned char ReadSet(unsigned char set_addr)
// 在指定地址读取
{
start(); //开始数据传递
WriteCurrent(OP_WRITE); //选择要操作的AT24Cxx芯片，并告知要对其写入数据
WriteCurrent(set_addr); //写入指定地址
return(ReadCurrent()); //从指定地址读出数据并返回
}
/***************************************************
函数功能：主函数
***************************************************/
main(void)
{
SDA = 1; // SDA=1,SCL=1,使主从设备处于空闲状态
SCL = 1;
WriteSet(0x36,0x0f); //在指定地址“0x36”中写入数据“0x0f”
P1=ReadSet(0x36); //从指定地址“0x36中读取数据并送P1口显示
}
4、在proteus中新建仿真文件ex53.dsn，电路原理图如下所示
5、将ex53.hex文件载入at89c51中，启动仿真，观察运行结果。下图是程序运行结果。