IIC 总线简介
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数据，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。I2C 能用于替代标准的并行总线，能连接各种集成电路和功能模块。支持IIC 的设备有微控制器、ADC、DAC、储存器、LCD 控制器、LED 驱动器以及实时时钟等。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挂靠或摘离总线，还可对该单元的工作状况进检测，从而实现对硬件系统简单而灵活的扩展与控制。I2C 总线接口电路结构如下图所示：
IIC 总线接口特性
1.单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线，如的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。
2.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)。
3.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。
4.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。
5.I2C 总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，快速方式下最高传送速率400kbit/s。
6.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。
7.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。
8.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）的定义如下图所示。
9.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;
10.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。
11.开始和结束信号都是由主器件产生。
12.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。
IIC 总线数据传送格式
1.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。
(1) 其中前7 位为地址码;
(2) 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。
2. 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）;
为了完成一个字节的传输，接收方应该向发送方发送一个ACK位。ACK应该发生在SCL线的第九个脉冲期间。当接受到ACK信号时，发送方应该释放SDA线使SDA线电平为高。接收方应该驱动SDA线为低在ACK脉冲过程中。因此，在第九个SCL脉冲的高电平期间SDA保持为低（因为信号是“与”的）。ACK的传输可以由软件通过IICSTAT寄存器控制是否禁止，但它仍然是需要产生的。
IIC 总线数据传送过程
1.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做出响应，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。
2.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
读写操作
在发送模式下，当一个数据传输时，IIC总线接口将等待直到IICDS寄存器收到一个新数据。在一个新数据写入IICDS寄存器前，SCL信号将保持为低。在数据被写入之后，信号线被释放（为高）。ARM需要保持中断信号来辨别当前数据发送完成。在ARM接到一个中断请求后，它将写一个新的数据到IICDS。
在接收模式下，当一个数据接收时，IIC总线接口将等待直到IICDS寄存器数据被读出。在新数据被读出之前，SCL信号保持为低。在数据被读出后，信号线被释放（为高）。ARM应保持中断信号以辨别接收数据操作完成。在ARM收到一个中断请求时，它将从IICDS读出数据。
IIC 总线竞争和仲裁机制
1. 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。
2. 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。
3. 其仲裁原则为：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。
IIC 总线工作流程
开始：信号表明传输开始。
地址：主设备发送地址信息，包含7 位的从设备地址和1 位的指示位（表明读或者写，即数据流的方向）。
数据：根据指示位，数据在主设备和从设备之间传输。数据一般以8 位传输，最重要的位放在前面;具体能传输多少量的数据并没有限制。接收器上用一位的ACK 表明每一个字节都收到了。传输可以被终止和重新开始。
停止：信号结束传输。
S3C2410 的IIC 总线控制器
S3C2410 处理器提供了一个I2C 串行总线，包括一个专门的串行数据线和串行时
钟线。它的操作模式有四种：
1.主设备发送模式
2.主设备接收模式
3.从设备发送模式
4.从设备接收模式
下图为S3C2410 的IIC 功能框图:
发送和接收步骤
在任何IIC Tx/Rx 操作之前，下面的步骤必须被执行
1. 如果需要的话，向IICADD 寄存器写从器件地址
2. 设置IICCON 寄存器
a) 允许中断
b) 定义SCL 的时钟周期
3. 设置IICSTAT 来允许串行输出
IIC 总线控制相关寄存器
IIC 总线控制寄存器（IICCON）
Register
Address
R/W
Description
Reset Value
IICCON
0x54000000
R/W
总线控制寄存器
0x0X
IICCON
Bit
Description
Initial State
Acknowledge generation (note 1)
[7]
IIC总线确认位使能
0 = 禁止, 1 =使能
在Tx模式，IICSDA在确认时间内是任意的，在Rx 模式中= IICSDA 在确认时间内是低
0
Tx clock source selection
[6]
IIC总线传输时间对于资源时间的分频位
0 = IICCLK = fPCLK /16
1 = IICCLK = fPCLK /512
0
Tx/Rx Interrupt (note 5)
[5]
IIC总线 Tx/Rx中断使能/禁止位
0 = Disable, 1 = Enable
0
Interrupt pending flag (note 2), (note 3)
[4]
IIC总线Tx/Rx中断未决标志位.
该位不能被写为1，当该位读为1的时候，IICSCL信号为低并且IIC停止，要恢复操作，只需将该位清零
0 = 1) 没有中断未决（读）2)清除未决状态 &恢复操作 (写).
1 = 1) 中断未决(读) 2) N/A (写)
0
Transmit clock value (note 4)
[3:0]
IIC总线传输时钟预分频 IIC总线传输时钟频率由这个四位的值决定，由下列公式决定
Tx clock =IICCLK/(IICCON[3:0]+1).
未定义
注意：
1．下面的几种情况将产生一个IIC 中断：
1） 当一个字节传输或接受操作完成的时 ;
2） 一个普通调用或一个从地址匹配产生时;
3） 总线仲裁失败时;
2. 为了在IISSCL信号的上升沿之前调整IICSDA的设置时间，IICDS必须要在IIC的中断位清零之前写入。
3．IICLK 由IICCON[6]决定;
Tx时钟会因为SCL时间的转换而改变
IIC 状态寄存器（IICSTAT）
Register
Address
R/W
Description
Reset Value
IICSTAT
0x54000004
R/W
IIC总线状态寄存器
0x0
IICSTAT
Bit
Description
Initial State
Mode selection
[7:6]
IIC总线主/从 Tx/Rx模式选择位.
00: 从设备接受模式 01: 从设备发送模式
10: 主设备接受模式 11: 主设备发送模式
00
Busy signal status / START STOP condition
[5]
IIC总线忙信号状态位
0 = 读) 空闲 写) STOP 信号产生
1 = 读) 忙 写) START信号产生.
IICDS中的数据在START信号后自动传输
Serial output
[4]
IIC总线数据输出使能/禁止位
0 =禁止 Rx/Tx, 1 = 使能 Rx/Tx
0
Arbitration status flag
[3]
IIC总线过程仲裁状态位
0 =总线仲裁成功
1 = 在连续I/O 中总线仲裁失败
0
Address-as-slave status flag
[2]
IIC总线从地址状态标志位.
0 = 当START/STOP信号探测到时清零
1 =接收到的slave地址匹配IICADD的值
0
Address zero status flag
[1]
IIC总线地址零状态标志位
0 =当START/STOP信号探测到时清零.
1 =接收到的从地址为 00000000b.
0
Last-received bit status flag
[0]
IIC总线IIC-bus上一次接收到的状态标志位.
0 =上一次接收到的位是0 (ACK was received).
1 =上一次接收到的位是1 (ACK was not received).
0
地址寄存器（IICADD）
Register
Address
R/W
Description
Reset Value
IICADD
0x54000008
R/W
IIC总线地址寄存器
0xXX
IICADD
Bit
Description
Initial State
Slave address
[7:0]
7位从地址,从IIC总线中锁存
XXXXXXXX
当IICSTAT 串行输出允许为0，IICADD 为写允许的时候
IICADD的值可以在任何时候被读取, 而不用管当前串行
输出允许位(IICSTAT)的设置
从地址 = [7:1]
Not mapped = [0]
移位数据寄存器（IICDS）
Register
Address
R/W
Description
Reset Value
IICDS
0x5400000C
R/W
IIC总线移位数据寄存器
0xXX
IICDS
Bit
Description
Initial State
Data shift
[7:0]
IIC总线Tx/Rx 操作的8位移位寄存器
XXXXXXXX
当IICSTAT 串行输出允许为1，IICADD 为写允许的时候
IICDS的值可以在任何时候被读取, 而不用管当前串行输
出允许位(IICSTAT)的设置.
实验内容
根据前面的原理介绍，编写一个程序来实现IIC的读写操作。
实验步骤
1. 阅读相关原理介绍，了解IIC协议发送和接收的基本过程。
2. 阅读本实验的源代码，更深层次理解IIC的实现细节，时序要求等。
3. 自己动手编写一个程序来实现IIC的读写操作。
实验源码
主函数Main
#include "2410header.h"
#include "2410IIC.h"
void Main(void)
{
sysinit(); //系统初始化代码，主要完成串口的初始化工作
Delay(0); //calibrate Delay()
Uart_Printf("IIC Test Pol:\n"); //串口打印数据
while (1)
{
Test_Iic2(); //IIC测试程序
Delay(1000);
Uart_Printf("\n\nPress Any Key To Continue\n\n");
Uart_Getch();
}
}
测试函数Test_Iic2
void Test_Iic2(void)
{
unsigned int i,j,save_E,save_PE;
static U8 data[256];
Uart_Printf("[ IIC Test(Polling) using KS24C080 ]\n");
save_E = rGPECON; //保存寄存器的原来的值，等程序结束后恢复原值。
save_PE = rGPEUP;
rGPEUP |= 0xc000; //上拉禁止
rGPECON |= 0xa00000; //GPE15:IICSDA , GPE14:IICSCL
//Enable ACK, Prescaler IICCLK=PCLK/16, Enable interrupt, Transmit clock value Tx clock=IICCLK/16
rIICCON = (1<<7) | (0<<6) | (1<<5) | (0xf);
rIICADD = 0x10; //2410 slave address = [7:1]
rIICSTAT = 0x10; //IIC bus data output enable(Rx/Tx)
Uart_Printf("\nWrite test data into KS24C080(0-255)\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Wr24C080(0xa0,(U8)i,i); //向EEPROM写数据
for(i=0;i<256;i++)
data[i] = 0; //初始化数组的值为0，
Uart_Printf("\nRead test data from KS24C080\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Rd24C080(0xa0,(U8)i,&(data[i])); //读取EEPROM中的数据
for(i=0;i<16;i++)
{
for(j=0;j<16;j++)
Uart_Printf("%2x ",data[i*16+j]);
Uart_Printf("\n");
}
Uart_Printf("\nWrite test data into KS24C080(255-0)\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Wr24C080(0xa0,(U8)i,255-i);
for(i=0;i<256;i++)
data[i] = 0;
Uart_Printf("\nRead test data from KS24C080\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Rd24C080(0xa0,(U8)i,&(data[i]));
for(i=0;i<16;i++)
{
for(j=0;j<16;j++)
Uart_Printf("%2x ",data[i*16+j]);
Uart_Printf("\n");
}
Uart_Printf("\nWrite test data into KS24C080(255-255)\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Wr24C080(0xa0,(U8)i,255);
for(i=0;i<256;i++)
data[i] = 0;
Uart_Printf("\nRead test data from KS24C080\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Rd24C080(0xa0,(U8)i,&(data[i]));
for(i=0;i<16;i++)
{
for(j=0;j<16;j++)
Uart_Printf("%2x ",data[i*16+j]);
Uart_Printf("\n");
}
Uart_Printf("\nWrite test data into KS24C080(1-1)\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Wr24C080(0xa0,(U8)i,1);
for(i=0;i<256;i++)
data[i] = 0;
Uart_Printf("\nRead test data from KS24C080\n");
for(i=0;i<256;i++)
_Rd24C080(0xa0,(U8)i,&(data[i]));
for(i=0;i<16;i++)
{
for(j=0;j<16;j++)
Uart_Printf("%2x ",data[i*16+j]);
Uart_Printf("\n");
}
rGPEUP = save_PE;
rGPECON = save_E;
}
写EEPROM函数_Wr24C080
void _Wr24C080(U32 slvAddr,U32 addr,U8 data)
{
_iicMode = WRDATA;
_iicPt = 0;
_iicData[0] = (U8)addr;
_iicData[1] = data;
_iicDataCount = 2;
rIICDS = slvAddr; //0xa0
//Master Tx mode, Start(Write), IIC-bus data output enable
//Bus arbitration sucessful, Address as slave status flag Cleared,
//Address zero status flag cleared, Last received bit is 0
rIICSTAT = 0xf0;
//Clearing the pending bit isn't needed because the pending bit has been cleared.
while(_iicDataCount!=-1)
Run_IicPoll();
_iicMode = POLLACK;
while(1)
{
rIICDS = slvAddr;
_iicStatus = 0x100; //To check if _iicStatus is changed
rIICSTAT = 0xf0; //Master Tx, Start, Output Enable, Sucessful, Cleared, Cleared, 0
rIICCON = 0xaf; //Resumes IIC operation.
while(_iicStatus==0x100)
Run_IicPoll();
if(!(_iicStatus & 0x1))
break; //When ACK is received
}
rIICSTAT = 0xd0; //Master Tx condition, Stop(Write), Output Enable
rIICCON = 0xaf; //Resumes IIC operation.
Delay(1); //Wait until stop condtion is in effect.
//Write is completed.
}
读EEPROM函数_Rd24C080
void _Rd24C080(U32 slvAddr,U32 addr,U8 *data)
{
_iicMode = SETRDADDR;
_iicPt = 0;
_iicData[0] = (U8)addr;
_iicDataCount = 1;
rIICDS = slvAddr;
rIICSTAT = 0xf0; //MasTx,Start
//Clearing the pending bit isn't needed because the pending bit has been cleared.
while(_iicDataCount!=-1)
Run_IicPoll();
_iicMode = RDDATA;
_iicPt = 0;
_iicDataCount = 1;
rIICDS = slvAddr;
rIICSTAT = 0xb0; //Master Rx,Start
rIICCON = 0xaf; //Resumes IIC operation.
while(_iicDataCount!=-1)
Run_IicPoll();
*data = _iicData[1];
}
