IIC inter integrated circuit  總線是一種由PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如：電源和系統(tǒng)風(fēng)扇，可隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。

TWI:ATMega 系列單片機(jī)內(nèi)集成兩線制串行接口模塊，ATmegl文檔稱為TWI接口事實(shí)上TWI與PHILIOS的I2C總線是同一回事，之所以叫它TWI是因?yàn)檫@樣命名可使ATmel避免交術(shù)語(yǔ)版稅。所以，TWI是兼容I2C的一種說(shuō)法。

I2C總線最只要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。總線的長(zhǎng)度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10KPS的最大傳輸率支持40個(gè)組件，I2C總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控（MULTIMASTERING）,其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接受的設(shè)備都可以稱為主總線，一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。

由于AVR 有上拉電阻所以 R1 R2 可以不要。其實(shí)還的共地應(yīng)該是3根線。在多主控上有個(gè)總線總裁的知識(shí)可以參閱相關(guān)文檔學(xué)習(xí)。呵呵、初學(xué)者不用了解。

I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送、最高傳送速率100KBPS.各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，最高傳送速率100KBPS.各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能，CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠郑�地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定調(diào)整的類別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。

oI2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號(hào)， 它們分別是：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。

o開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。

o結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。

o應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。

o這些信號(hào)中，起始信號(hào)是必需的，結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)，都可以不要。

 

發(fā)送地址跟上面右邊那個(gè)兩個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù) 0   1  是一樣的由時(shí)鐘來(lái)鎖存相應(yīng)的數(shù)據(jù)位，地址共七位，第8位是讀還是寫狀態(tài)，讀的話置1  寫 置0 。第9位是應(yīng)答為，切記應(yīng)答位不是單片機(jī)發(fā)出的，而是I2C器件發(fā)出的。應(yīng)答位是這樣產(chǎn)生的，I2C器件在接收到完整的8位數(shù)據(jù)之后，I2C器件判定接受成功，它會(huì)向總線發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，可以看到就是在一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間，數(shù)據(jù)線SDA保持低電平就是0，當(dāng)然發(fā)送完地址位之后呢？就發(fā)送數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度可能是可能1個(gè)字節(jié)或多個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)跟器件是有關(guān)系的。比如AT24C02 EEPROM芯片對(duì)他進(jìn)行讀寫操作 如寫可以進(jìn)行1  2  4  8 字節(jié)，當(dāng)?shù)刂窋?shù)據(jù)結(jié)束后來(lái)一個(gè)結(jié)束信號(hào)。表示這一幀結(jié)束了。

下面說(shuō)下ATmega 16 的TWI模塊。下圖 （由于ATmega 16 的技術(shù)文檔講的比較詳細(xì)了，所以我們也結(jié)合atmege 16 的數(shù)據(jù)手冊(cè)說(shuō)了）。

 

這是兩線的一些特點(diǎn)：（自己翻一下吧）

一、簡(jiǎn)單，但是強(qiáng)大而靈活的通訊接口，只需兩根線

二、支持主機(jī)和從機(jī)的操作

三、器件可以工作于發(fā)送或接受

四、7位地址空間允許128個(gè)從機(jī)

五、高達(dá)400KHZ的數(shù)據(jù)傳輸率

六、斜率受控制的輸出驅(qū)動(dòng)器

七、可以抑制總線的尖峰噪聲控制器

八、完全可變成的從機(jī)地址以及公共地址

九、睡眠時(shí)地址匹配可以喚醒AVR

首先看下數(shù)據(jù)傳輸和幀格式下圖（傳輸 數(shù)據(jù) （位））（TWI總線上數(shù)據(jù)位的傳送與時(shí)鐘脈沖同步。時(shí)鐘線為高時(shí)，數(shù)據(jù)線電壓必須保持穩(wěn)定，除非在啟動(dòng)與停止的狀態(tài)下。官方的解釋）

其實(shí)這個(gè)圖說(shuō)明在SCL為高電平期間 SDA 數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定0 或1

當(dāng)然還有起始位與停止位如下圖

（翻譯如下）

{

主機(jī)啟動(dòng)與停止數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)在總線上發(fā)出START信號(hào)以啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；在總線上發(fā)出STOP信號(hào)以停止數(shù)據(jù)傳輸。在START與STOP 狀態(tài)之間，需要假定總線忙，不允許其它主機(jī)控制總線。特例是在START與STOP 狀態(tài)之間發(fā)出一個(gè)新的START狀態(tài)。這被稱為REPEATED START狀態(tài)，適用于主機(jī)在不放棄總線控制的情況下啟動(dòng)新的傳送。在REPEATED START之后，直到下一個(gè)STOP，需要假定總線處于忙的狀態(tài)。這與START是完全一樣的，因此在本手冊(cè)中，如果沒有特殊說(shuō)明，START與REPEATEDSTART均用START表述。如下所示，START與STOP狀態(tài)是在SCL線為高時(shí)，通過改變SDA電平來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

}
開始停止時(shí)序圖

 像這個(gè)圖中間的一些開始停止和從新開始在絕大數(shù)都是用不到的。就不細(xì)說(shuō)了。

下圖是地址數(shù)據(jù)包格式（好好看看是 地址數(shù)據(jù)的講解）

翻譯下：所有在TWI總線上傳送的地址包均為9位，包括7位地址位、1位READ/WRITE控制
位與1位應(yīng)答位。如果READ/WRITE為1，則執(zhí)行讀操作；否則執(zhí)行寫操作。從機(jī)被尋
址后，必須在第九個(gè)SCL (ACK)周期通過拉低SDA作出應(yīng)答。若該從機(jī)忙或有其它原因
無(wú)法響應(yīng)主機(jī)，則應(yīng)該在ACK周期保持SDA為高。然后主機(jī)可以發(fā)出STOP狀態(tài)或
REPEATED START 狀態(tài)重新開始發(fā)送。地址包包括從機(jī)地址與分別稱為SLA+R或
SLA+W的READ或WRITE位。

地址字節(jié)的MSB首先被發(fā)送。從機(jī)地址由設(shè)計(jì)者自由分配，但需要保留地址0000 000
作為廣播地址。
當(dāng)發(fā)送廣播呼叫時(shí)，所有的從機(jī)應(yīng)在ACK周期通過拉低SDA作出應(yīng)答。當(dāng)主機(jī)需要發(fā)送
相同的信息給多個(gè)從機(jī)時(shí)可以使用廣播功能。當(dāng)Write位在廣播呼叫之后發(fā)送，所有的從
機(jī)通過在ACK周期通過拉低SDA作出響應(yīng)。所有的從機(jī)接收到緊跟的數(shù)據(jù)包。注意在整
體訪問中發(fā)送Read位沒有意義，因?yàn)槿绻麕讉�(gè)從機(jī)發(fā)送不同的數(shù)據(jù)會(huì)帶來(lái)總線沖突。
所有形如1111 xxx格式的地址都需要保留，以便將來(lái)使用。

地址包格式圖下圖：

這個(gè)圖從右邊往左邊看先發(fā)送的最高位 最后發(fā)的是低位。 從 1---9 最后一位 ACK 響應(yīng)。

下面是數(shù)據(jù)包下圖

官方解釋

可見數(shù)據(jù)包是8位數(shù)據(jù)加一個(gè)應(yīng)當(dāng)位。

下圖是地址和數(shù)據(jù)包一個(gè)完整的傳輸。組合一起

 

 

SLA +RW 就是地址數(shù)據(jù) 的傳送的字節(jié)數(shù)由應(yīng)用程序的協(xié)議決定。 1個(gè)字節(jié)   2  4 8 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

下圖是多主機(jī)總線系統(tǒng)如圖（這個(gè)大部分場(chǎng)合用不到所以不用看 以后可以了解下）

解釋

下面講解下TWI 模塊的使用方法：如圖構(gòu)成

首先看下SCL  SDA 有兩個(gè)引腳   是在22  與23 腳 PC0 PC1 下面是這兩腳的說(shuō)明

還有一個(gè)波特率發(fā)聲單元與USART相似 他控制SCL 的時(shí)鐘周期，當(dāng)然這個(gè)比特率有兩個(gè)寄存器決定，TWBR  TWPS 有SCL frequency 公式的。CPU的單片機(jī)晶振頻率 除以 16加上2倍的TWBR  乘以4的TWPS它的次數(shù)注意：如果工作在主機(jī)模式不應(yīng)該小于10 下面有解釋

下面是總線的接口單元主要包括一些寄存器總線總裁。我們沒必要關(guān)心然后又一個(gè)地址匹配單元看下啊（只有在多級(jí)通訊時(shí)候多個(gè)單片機(jī)進(jìn)行I2C通訊時(shí)候我們給每個(gè)單片機(jī)設(shè)置一個(gè)本機(jī)地址如果匹配了表示發(fā)給自己的，初學(xué)者一般也不看）最下面是控制器有圖都復(fù)制上來(lái)吧！還有官方中文解釋。

解釋有下圖

其實(shí)都不重要我們要TWI 寄存器它的使用是重要的。呵呵開始講吧！最終我們的應(yīng)用都是對(duì)這些寄存器操作。

首先是比特率上面有公式第一個(gè)寄存器

這個(gè)是控制寄存器非常重要。

第二個(gè)寄存器 TWCR 

 

首先是第7位 TWINT: TWI 中斷標(biāo)志

在什么時(shí)候產(chǎn)生中斷呢？當(dāng)發(fā)送完 地址包 數(shù)據(jù)包 ，注意這一位清0呢。必須手動(dòng)清0 必須通過軟件寫1，不像其他的中斷能夠自動(dòng)置1.

第6位 （使能TWI 應(yīng)答）這個(gè)TWEA 在多級(jí)通訊時(shí)候，就是有其他的I2C器件向AVR單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)候AVR 單片機(jī)在接受到一幀數(shù)據(jù)之后，它會(huì)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位，也就是使能這位后，向發(fā)送放返回一個(gè)應(yīng)答位這種信息。
官方解釋

第5位（是一個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，TWSTA它表示的是TWI START 這個(gè)信號(hào)。第4位 和第5位都是多級(jí)通訊用的到的。）

官方解釋

第3位：TWWC   是TWI 的寫碰撞標(biāo)志。

就是標(biāo)志出TWDR 數(shù)據(jù)寄存器是否可以寫。如果為低的時(shí)候可以寫數(shù)據(jù)

第2位：TWI 使能。置位此位TWI 。如果使用TWI模塊此位必須模塊激活。

第1位：是保留位沒有作用的。

第0位：TWIE 使能TWI 中斷。 （要中斷方式使用TWI 總線的的話就要使能這個(gè)位 置位）

 

第3個(gè)寄存器：狀態(tài)寄存器

它的第7位到第3位 5位反應(yīng)TWI邏輯總線的狀態(tài)，不同的狀態(tài)的狀態(tài)代碼會(huì)在后面部分描述，所以我們?cè)谧x取這5位狀態(tài)代碼的時(shí)候，讀取方法就是先讀取這個(gè)寄存器然后通過與這個(gè)0b11111000將最后兩位屏蔽掉因?yàn)門WPS是預(yù)分頻位，在比特率發(fā)生器里面是有作用的，有公式的 4的指數(shù)

 

第四個(gè)寄存器：TWDR （類似于USART SPI 的數(shù)據(jù)寄存器差不多的）

發(fā)送模式包含 字節(jié)，接受模式包含接受到的數(shù)據(jù)。

第五個(gè)寄存器：TWAR 從機(jī)地址寄存器

（多級(jí)通訊用的到）

 

如何使用TWI

其實(shí)這個(gè)圖跟一次完整數(shù)據(jù)傳輸類似的。所有的不同在這第 3個(gè)階段結(jié)束的時(shí)候有一個(gè)TWI中斷觸發(fā)也就是TWINT這一位被置位，可以用于觸發(fā)中斷。

第一步 ：向TWCR 寫一個(gè)1 使能一個(gè)START 信號(hào)。就是通過TWCR 寄存器的內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)發(fā)START信號(hào)的操作。發(fā)送成功之后會(huì)有一個(gè)TWINT中斷，在中斷里面SCL時(shí)鐘不采取任何動(dòng)作的。

第二步：在中斷里面通過查詢 status code 就是那五位數(shù)據(jù)看是何種狀態(tài)，來(lái)確定是start 發(fā)送完成中斷。

第三步：發(fā)送一個(gè)地址包，就是程序?qū)�SLA(從機(jī)地址) +W （讀寫位）就是7位從機(jī)地址加1位讀寫位，寫入到TWDR 數(shù)據(jù)寄存器對(duì)這些寄存器進(jìn)行一些確認(rèn)操作。

第四步：在數(shù)據(jù)包發(fā)送完成和接受到ACK信號(hào)之后繼續(xù)等待第2個(gè)中斷。接收到ACK信號(hào)之后呢TWINT會(huì)置位 。

第五步：再處理一次中斷，在這個(gè)中斷里寫入數(shù)據(jù)字節(jié)，也是8位數(shù)據(jù)

第六步：8位數(shù)據(jù)發(fā)送成功接受到ACK  TWINT 會(huì)再次置位，那么這個(gè) status code 會(huì)指示出發(fā)送完成。當(dāng)然這只是發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，如果發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)這個(gè)過程會(huì)持續(xù)多次，一直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成。

第七步：接受完成之后且接收到ACK 我們這里會(huì)發(fā)送一個(gè)STOP信號(hào)，也是通過寫TWCR寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然STOP發(fā)送成功之后不會(huì)觸發(fā)中斷。值得注意的是中間如果進(jìn)行多字節(jié)的讀或?qū)懙脑挵l(fā)送的字節(jié)數(shù)是由編程來(lái)把握的，也就是說(shuō)AVR單片機(jī)不會(huì)知道你要發(fā)多少個(gè)字節(jié)。所以這個(gè)處理相當(dāng)于在第7步這里。如果我們程序判斷我們程序已經(jīng)發(fā)送完畢，我們就發(fā)一個(gè)STOP信號(hào)若如果，沒有就重復(fù)一下第五步。這就是ATmega 16的TWI總線的使用方法。下面我們結(jié)合24c02一個(gè)實(shí)際的程序來(lái)給大家吹吹牛。

 

oAT24C02是由ATMEL公司提供的，I2C總線串行EEPROM，其容量為2Kbit（256B），工作電壓在2.7V～5.5V之間，生產(chǎn)工藝是CMOS工藝。
各引腳功能如下。
A2～A0：器件地址選擇引腳。將這3個(gè)引腳配置成不同的編碼值，在同一串行總線上最多可擴(kuò)充8片同一容量或不同容量的24系列串行EEPROM芯片。
SDA：串行數(shù)據(jù)輸入輸出口，是一個(gè)雙向的漏極開路結(jié)構(gòu)的引腳，容量擴(kuò)展時(shí)可以將多片24系列的SDA引腳直接相連。
SCL：串行移位時(shí)鐘控制端。寫入時(shí)上升沿起作用，讀出時(shí)下降沿起作用。
WP：硬件寫保護(hù)控制引腳。當(dāng)其為低電平時(shí)，正常寫操作，高電平時(shí)，對(duì)EEPROM部分存儲(chǔ)區(qū)域提供硬件寫保護(hù)功能，即對(duì)被保護(hù)區(qū)域只能讀不能寫。
GND：接地。
VCC：接+5V電壓

 

2k位   256*8 = 2K    等于256b

地址值相當(dāng)于低三位 0 1 2  組合 8個(gè)數(shù)字

7 硬件寫保護(hù) 低電平 可以正常寫操作 高  的話只能讀 所以我們接地OK了

它的相關(guān)電路設(shè)計(jì)如下圖

我們?cè)O(shè)置的時(shí)候都會(huì)將他的地址值變?yōu)? 0 1 2 全接地線 ，5 6  PC0  PC1  因?yàn)榈?功能是TWI 總線

0.1uf進(jìn)行電源退耦，一般數(shù)字芯片 高速的數(shù)字時(shí)鐘對(duì)所在電源產(chǎn)生干擾。凈化電源。

容量計(jì)算方法
AT24Cxx：01~1024
容量=xx X 1Kbit
型號(hào)系列列表
AT24C01 1K(128X8) AT24C02 2K(256X8)
AT24C04 4K(512X8)
AT24C08 8K(1KX8)
AT24C16 16K(2KX8)
AT24C512 512K(64KX8)
AT24C1024 1M(128KX8)

值得一提是AVR單片機(jī)片上自帶EEPROM 芯片，而且是1K字節(jié)相當(dāng)于24C08這個(gè)容量。而我們24c02實(shí)際應(yīng)用并不大。當(dāng)然有一些應(yīng)用場(chǎng)合必須外置的。因?yàn)槭菍W(xué)習(xí)板，因?yàn)檫@個(gè)芯片比較常見，學(xué)習(xí)I2C總線的作用。

下圖為總體的操作流程

寫   與讀的操作流程和上面的7步可以對(duì)比下。器件地址的表示方法等下講一下。器件地址的高4位是0xa0   1010 低四位   前3位就是 a0 a1 a2  第4位是  讀寫地址   然后等待ACK 。

數(shù)據(jù)地址相當(dāng)于數(shù)據(jù) 在256字節(jié)的 存儲(chǔ)器里面的編址，它處于數(shù)據(jù)包的一部分是8位的。

所以這個(gè)是寫是 地址一個(gè)    數(shù)據(jù)2 個(gè)  數(shù)據(jù)1是數(shù)據(jù)所處的地址   第2是數(shù)據(jù)的內(nèi)容

 

這就是寫一字節(jié)的操作流程。

右邊是讀類似。

讀出的是多個(gè)字節(jié) 循環(huán)判斷是否是最后一個(gè)字節(jié)，而24c02是 ACK 就是ACK 來(lái)產(chǎn)生的，最后產(chǎn)生一個(gè)停止位

所以這個(gè)讀操作相當(dāng)于是 地址包1個(gè)字節(jié) 數(shù)據(jù)包是多個(gè)字節(jié)。

下面結(jié)合程序來(lái)大家講解AT24C02應(yīng)用。

打開整體測(cè)試板程序 我沒有哦

# 需要此頭文件

 

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