I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过SDA（串行数据线）及
SCL（串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件
：不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。
★ 1．I2C总线的基本结构 采用I2C总线标准的单片机或IC器件，其内部不仅有I2C
接口电路，而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块，通过软件寻址实
现片选，减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂*或摘离
总线，还可对该单元的工作状况进行检测，从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展
与控制。I2C总线接口电路结构如图1所示。
★2．双向传输的接口特性 传统的单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线，如
MCS51系列的TXD和RXD，而I2C总线则根据器件的功能通过软件程序使其可工作于发送或
接收方式。当某个器件向总线上发送信息时，它就是发送器(也叫主器件)，而当其从总
线上接收信息时，又成为接收器(也叫从器件)。主器件用于启动总线上传送数据并产生
时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。I2C总线的控制完
全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数据决定。在总线上，既没有中心机，也没有
优先机。
★ 总线上主和从(即发送和接收)的关系不是一成不变的，而是取决于此时数据传送
的方向。SDA和SCL均为双向I/O线，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线都
是高电平。连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路，以具有线“与”功能。
I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，在快速方式下，最高传送速率
可达400kbit/s。
★ 3．I2C总线上的时钟信号 在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在
SCL时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响
到这些器件，一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平，将使SCL线一直保持低电平，使
SCL线上的所有器件开始低电平期。此时，低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变
并不能影响SCL线的状态，于是这些器件将进入高电平等待的状态。
★ 当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时，低电平期结束，SCL线被释放返回高电
平，即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后，第一个结束高电平期的器件又将
SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见，时钟低电平时间由时钟
低电平期最长的器件确定，而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。
★ 4．数据的传送 在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。在I2C总
线技术规范中，开始和结束信号（也称启动和停止信号）的定义如图2所示。当时钟线
SCL 为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号；当SCL线为高
电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都是由主
器件产生。在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态；在结束信号以后的一段时间内
，总线被认为是空闲的。
★I2C总线的数据传送格式是：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(R/W)。方向位为“0”表示发送
，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“1”表示主器件将从从器件读信
息。开始信号后，系统中的各个器件将自己的地址和器件送到总线上的地址进行比较，
如果与主器件发送到总线上的地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收信
息还是发送信息则由第8位(R/W)确定。
★ 在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传
送的字节后面必须跟一个认可位（第9位），也叫应答位（ACK）。数据的传送过程如图
3所示。每次都是先传最高位，通常从器件在接收到每个字节后都会作出响应，即释放
SCL线返回高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传送。如果从器件正在处
理一个 实时事件而不能接收数据时，（例如正在处理一个内部中断，在这个中断处理
完之前就不能接收I2C总线上的数据字节）可以使时钟SCL线保持低电平，从器件必须使
SDA保持高电平，此时主器件产生1个结束信号，使传送异常结束，迫使主器件处于等待
状态。当从器件处理完毕时将释放SCL线，主器件继续传送。
★当主器件发送完一个字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟（ACK）认可
位，在此时钟内主器件释放SDA线，一个字节传送结束，而从器件的响应信号将SDA线拉
成低电平，使SDA在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。从器件的响应信号结束后，
SDA线返回高电平，进入下一个传送周期。
★ I2C总线还具有广播呼叫地址用于寻址总线上所有器件的功能。若一个器件不需要
广播呼叫寻址中所提供的任何数据，则可以忽略该地址不作响应。如果该器件需要广播
呼叫寻址中提供的数据，则应对地址作出响应，其表现为一个接收器。
★ 5．总线竞争的仲裁 总线上可能挂接有多个器件，有时会发生两个或多个主器件
同时想占用总线的情况。例如，多单片机系统中，可能在某一时刻有两个单片机要同时
向总线发送数据，这种情况叫做总线竞争。I2C总线具有多主控能力，可以对发生在SDA
线上的总线竞争进行仲裁，其仲裁原则是这样的：当多个主器件同时想占用总线时，如
果某个主器件发送高电平，而另一个主器件发送低电平，则发送电平与此时SDA总线电
平不符的那个器件将自动关闭其输出级。总线竞争的仲裁是在两个层次上进行的。首先
是地址位的比较，如果主器件寻址同一个从器件，则进入数据位的比较，从而确保了竞
争仲裁的可*性。由于是利用I2C总线上的信息进行仲裁，因此不会造成信息的丢失。
★ 6. I2C总线接口器件 目前在视频处理、移动通信等领域采用I2C总线接口器件已
经比较普遍。另外，通用的I2C总线接口器件，如带I2C总线的单片机、RAM、ROM、A/D
、D/A、LCD驱动器等器件，也越来越多地应用于计算机及自动控制系统中。
★ AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含256×8位存储空间
，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于
10ms）等特点。
★AT24C02的1、2、3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在AT89C51试验开发板
上它们都接地，第8脚和第4脚分别为正、负电源。第5脚SDA为串行数据输入/输出，数
据通过这条双向I2C总线串行传送，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.5连接。第6
脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.6连接。SDA和SCL都需
要和正电源间各接一个5.1K的电阻上拉。第7脚需要接地。
★ 24C02中带有片内陆址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动
加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的
写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。
;这是将0600H地址中以下的8个数据写到24C02的01H为首址单元中去的汇编程序
ORG 0000H
SCL BIT P3.4;定义24C02的串行时钟线
SDA BIT P3.5;定义24C02的串行数据线
LJMP START
START:LCALL STAR;调用
MOV R2,#08H;一个数据有8位
MOV DPTR,#0600H;定义源数据的位置
LOOP:MOV A,#00H
MOVC A,@A+DPTR
LCALL SDATA
LCALL ACK
JC LOOP
INC DPTR
DJNZ R2,LOOP
LCALL STOP;调用停止子程序
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
读写子程序如下：
;写串行E2PROM子程序EEPW
; R3=10100000（命令1010+器件3位地址+读/写。 器件地址一个芯片，是000）
; (R4)=片内字节地址
; (R1)=欲写数据存放地址指针
; (R7)=连续写字节数n
EEPW: MOV P1,#0FFH
CLR P1.0 ;发开始信号
MOV A,R3 ;送器件地址
ACALL SUBS
MOV A,R4 ;送片内字节地址
ACALL SUBS
AGAIN: MOV A,@R1
ACALL SUBS ;调发送单字节子程序INC R1
DJNZ R7,AGAIN;连续写n个字节
CLR P1.0 ;SDA置0, 准备送停止信号
ACALL DELAY ;延时以满足传输速率要求
SETB P1.1 ;发停止信号
ACALL DELAY
SETB P1.0
RET
SUBS: MOV R0,#08H ;发送单字节子程序
LOOP: CLR P1.1
RLC A
MOV P1.0,C
NOP
SETB P1.1
ACALL DELAY
DJNZ R0,LOOP ;循环8次送8个bit
CLR P1.1
ACALL DELAY
SETB P1.1
REP: MOV C,P1.0
JC REP ;判应答到否，未到则等待
CLR P1.1
RET
DELAY: NOP
NOP
RET
;读串行E2PROM子程序EEPR
;(R1)=欲读数据存放地址指针
;; R3=10100001（命令1010+器件3位地址+读/写。 器件地址一个芯片，是000）
;(R4)=片内字节地址
;(R7)=连续读字节数
EEPR: MOV P1,#0FFH
CLR P1.0 ;发开始信号
MOV A,R3 ;送器件地址
ACALL SUBS ;调发送单字节子程序
MOV A,R4 ;送片内字节地址
ACALL SUBS
MOV P1,#0FFH
CLR P1.0 ;再发开始信号
MOV A,R3
SETB ACC.0 ;发读命令
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 ;送停止信号
RET
SUBR: MOV R0,#08H ;接受单字节子程序
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 ;若是最后一个字节置A=1
AJMP SETOK
LOW: CLR P1.0 ;否则置A=0
SETOK: ACALL DELAY
SETB P1.1
ACALL DELAY
CLR P1.1
ACALL DELAY
SETB P1.0 ;应答毕,SDA置1
RET
程序中多处调用了DELAY子程序(仅两条NOP指令)，这是为了满足I2C总线上数据传
送速率的要求，只有当SDA数据线上的数据稳定下来之后才能进行读写(即SCL线发出正
脉冲)。另外，在读最后一数据字节时，置应答信号为“1”，表示读操作即将完成。
下面是本人编写的源程序，已经调试成功，下载就可以使用，程序编写的不是很规范
，希望各位读者批评指正！！！
/***********************************************************
**模块名称：24C02的读写
**编写人：bradley 日期 2005－5－1
**修改人：bradley
**功能描述：将8字节数据写入24C02中，然后再读出来送P1口显示
**其他说明：本程序是采用24C02的页面写入连续读写8字节数据
**版本：keil 7.0
**********************************************************/
#include <regx51.h
#include <intrins.h
//#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define WC24C02 0x0a0;//器件地址
#define R24C02 0x00;//写数据地址
#define W24C02 0x00;//读数据地址
sbit SDA=P3^7;//定义数据线
sbit SCL=P3^6;//定义时钟线
bit flag;
uint idata ucSendBuffer[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,
0x10,0x20,0x40,0x80};
uint idata ucReceData;
uint idata ucReceiveBuffer[8];//从器件中读出的多字节数据暂存区
void delay();
void delay_10ms();
void ACK();
void NoACK();
/*********************************************************
**名称：I2C_Start
**功能：启动I2C
**输入：无
**返回：无
*********************************************************/
void I2C_Start()
{
SDA=1;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=0;
delay();
SCL=0;//钳位I2C总线，准备发送数据
}
/**********************************************************
**名称：I2C_Stop
**功能：停止I2C
**输入：无
**返回：无
**********************************************************/
void I2C_Stop()
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;
delay();
}
/**********************************************************
**名称：Ack
**功能：应答信号
**输入：无
**返回：无
**********************************************************/
void Ack()
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SCL=0;
delay();
SDA=1;
delay();
}
/********************************************************
**名称：NoAck
**功能：发送非应答信号
**输入：无
**返回：无
********************************************************/
void NoAck()
{
SDA=1;
delay();
SCL=1;
delay();
SCL=0;
delay();
SDA=0;
delay();
}
/********************************************************
**名称：Test_Ack()
**功能：检测应答位
*********************************************************/
bit Test_Ack()
{
SCL=0;
SDA=1;//读入数据
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
SCL=1;
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
if(SDA==0)
flag=1;
else flag=0;
SCL=0;
return(flag);
}
/********************************************************
**名称：SendData()
**功能：发送一字节数据
**输入：buffer
**返回：
*******************************************************/
void SendData(uint buffer)
{
uint BitCnt=8;//一字节8位
uint temp=0;
do
{
temp=buffer;
SCL=0;
delay();
if((temp&0x80)==0) //判断最高位是0还是1
SDA=0;
else
SDA=1;
delay();
SCL=1;
temp=_crol_(buffer,1);//将buffer中的数据左移一位
buffer=temp;
BitCnt--;
}
while(BitCnt);
SCL=0;
}
/**************************************************************
**名称：uint ReceiveData()
**功能：接收一字节数据
**输入：
**返回：ucReceData
**说明：将接收的数据存放在ucReceData中
**************************************************************/
uint ReceiveData()
{
uint BitCnt=8;
uint temp=0;
SDA=1;//读入数据
do
{
SCL=0;
delay();
SCL=1;
delay();
if(SDA==1)
ucReceData=ucReceData|0x01;//低位置1
else
ucReceData=ucReceData&0x0fe;//低位清0
if(BitCnt-1)
{
temp=_crol_(ucReceData,1);//数据左移一位
ucReceData=temp;
}
BitCnt--;
}
while(BitCnt);
SCL=0;
return(ucReceData);
}
/*************************************************************
**名称：bit WriteNByte()
**功能：向24C02中写入多字节数据
**输入：
**返回：
**说明：sla-器件地址 suba-数据地址，*s-写入的数据，n-写入的字节数
(n<=8)
**************************************************************/
bit WriteNByte(uint sla,uint suba,uint s[],uint n)
{
uint i;
I2C_Start();//启动I2C
SendData(sla);//发送器件地址
Test_Ack();
if(flag==0) return(0);
SendData(suba);
Test_Ack();
if(flag==0) return(0);
for(i=0;i<n;i++)//写入8字节数据
{
SendData(s);
Test_Ack();
if(flag==0) return(0);
}
I2C_Stop();
return(1);
}
/*************************************************************
**名称：bit ReadNByte()
**功能：从24C02中读出N字节数据（n<=8)
**输入：
**返回：
**说明：
**************************************************************/
bit ReadNByte(uint sla,uint suba,uint p[],uint n)
{
uint i;
I2C_Start();//启动I2C
SendData(sla);//发送器件地址
Test_Ack();
if(flag==0) return(0);
SendData(suba);//发送器件内部地址
Test_Ack();
if(flag==0) return(0);
I2C_Start();
SendData(sla+1);
Test_Ack();
if(flag==0) return(0);
for(i=0;i<n-1;i++)//读取字节数据
{
p=ReceiveData();//读取数据
ACK();
}
p[n-1]=ReceiveData();
NoACK();
I2C_Stop();
return(1);
}
/***************************************************************
**名称：main()
**功能：
**输入：
**返回：
**说明：
****************************************************************/
void main()
{ uint j;
bit bp;
P1=0x00;//上电时点亮LED
do
{
bp=WriteNByte(0xa0,0x00,ucSendBuffer,8);//写入数据
}
while(~bp);
delay_10ms();
do
{
bp=ReadNByte(0xa0,0x00,ucReceiveBuffer,8);//读出数据
}
while(~bp);
while(1)
{
for(j=0;j<8;j++)
{
P1=ucReceiveBuffer[j];//将从24C02中读出的数据送LED
显示
delay_10ms();
}
}
}
/**************************************************************/
void delay()
{
uint i;
for(i=100;i0;i--)
_nop_();
}
void delay_10ms()
{
uint i,j;
for(i=100;i0;i--)
{ for(j=250;j0;j--)
_nop_();
}
}
本程序采用软件延时的方法产生SCL脉冲，为保证有足够的延时，特延时100us，在使
用时可根据要求适当调整。（如12M晶振时，只要4.7us即可）
