IIC接口下的24C02 驱动分析

本节来学习IIC接口下的24C02 驱动分析,本节学完后,再来学习Linux下如何使用IIC操作24C02

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1.I2C通信介绍

它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据,是一个多主机的半双工通信方式

每个挂接在总线上的器件都有个唯一的地址

位速在标准模式下可达 100kbit/s,在快速模式下可达400kbit/s，在高速模式下可待3.4Mbit/s。

2. I2C总线系统结构,如下所示

其中SCL时钟线的频率由主机提供,且从机不能主动来引起数据传输,必须等待主机先发信号才行

两个或多个主机同时发起数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁来防止数据被破坏。

3.I2C时序介绍

1)空闲状态

当总线上的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平,便是空闲状态,如上面的硬件图所示,当我们不传输数据时, SDA和SCL被上拉电阻拉高,即进入空闲状态

2)起始信号

当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；便是总线的启动信号,只能由主机发起,且在空闲状态下才能启动该信号,如下图所示:

3)停止信号

当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；便是总线的停止信号,表示数据已传输完成,如下图所示:

4)传输数据格式

当发了起始信号后,就开始传输数据,传输的数据格式如下图所示:

当SCL为高电平时,便会获取SDA数据值,其中SDA数据必须是稳定的(若SDA不稳定就会变成起始/停止信号)

当SCL为低电平时,便是SDA的电平变化状态

若主从机在传输数据期间,需要完成其它功能(例如一个中断),可以主动拉低SCL,使I2C进入等待状态,直到处理结束再释放SCL,数据传输会继续

5)应答信号ACK

I2C总线上的数据都是以8位数据(字节)进行的,当发送了8个数据后,发送方会在第9个时钟脉冲期间释放SDA数据,当接收方接收该字节成功,便会输出一个ACK应答信号,当SDA为高电平,表示为非应答信号NACK,当SDA为低电平,表示为有效应答信号ACK

PS:当主机为接收方时,收到最后一个字节后,主机可以不发送ACK,直接发送停止信号来结束传输。

当从机为接收方时,没有发送ACK,则表示从机可能在忙其它事、或者不匹配地址信号和不支持多主机发送,主机可以发送停止信号再次发送起始信号启动新的传输

6)完整的数据传输

如下图所示, 发送起始信号后,便发送一个8位的设备地址,其中第8位是对设备的读写标志,后面紧跟着的就是数据了,直到发送停止信号终止

PS:当我们第一次是读操作,然后想换成写操作时,可以再次发送一个起始信号,然后发送读的设备地址,不需要停止信号便能实现不同的地址转换

4. AT24C02介绍

AT24C02是通过I2C实现通讯的,是一个存储芯片,能够存储2Kb(256KB)数据

4.1它的的硬件图如下:

其中A2~A0,是这个24C02设备的硬件地址,接GND表示硬件地址都为0

4.2其中AT24C02的数据格式如下所示:

4.3打开AT24C02数据手册,它的设备地址如下图所示:

其中A2~A1表示硬件地址,P2~P0表示page页地址

bit[0]地址:表示读/写状态(所有I2C器件都是这样,最低位表示方向位)

4.3.1 为什么需要page页地址？

因为I2C的数据位是8位,而AT24CXX的读写地址值最大可以为2048(2^11),超过了I2C的数据位

而page页地址就是用来解决这个问题的

比如AT24C16:

当设备地址=0XA1, P[2:0]=0x01,要读的地址=0x00,表示要读的真正地址=0x01*256+0=0x100,转化为二进制= 1 0000 0000

当设备地址=0XA0, P[2:0]=0x00,要读的地址=0xff,表示要读的真正地址=0x00*256+0xFF=0xFF，转化为二进制= 0 1111 1111

4.3.2 如上图所示,对于AT240C02来讲:

• 芯片的容量小于等于2^8(256)字节,那么读写地址就用8bit来表示,所以设备地址里没有P2~P0
• 读操作时,发送的设备地址等于0XA1
• 写操作时,发送的设备地址等于0XA0

5. AT24C02时序图介绍

5.1写时序介绍

当随机写一个字节时,只需要先发送一个起始信号,然后跟上0XA0设备地址,以及要写的起始地址值,后面便是要写入地址的data,如果需要连续写数据,只需要连续写入data,地址会自动加1,直到发送停止信号结束

5.2读时序介绍

当随机读一个字节时,先发送第一个起始信号,然后写入0XA0设备地址和要读的地址值,

接着发送第二个起始信号,然后写入0XA1设备地址,接着就是要读的data,如果需要连续读数据,只需要连续读出data,地址会自动加1,直到发送停止信号结束