摘要：介绍了I2C总线的特点及数据通信的基本协议，并以AT89C51单片机与美国MAXIM公司的８位电压输出ＤＡＣ数模转换器MAX517之间的通信为例，详细介绍了通过I2C总线进行数据通信的具体硬件电路连接和其通信子程序的编程方法。

    关键词：I2C总线；AT89C51；MAX517；数据通信

１ Ｉ２Ｃ总线的特点及基本通信协议

Ｉ２Ｃ总线是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线?串行数据线和串行时钟线?即可使连接于总线上的器件之间实现信息传送，同时可通过对器件进行软件寻址，而不是对硬件进行片选寻址的方式来节约通信线数目，从而减少了硬件所占空间。因为总线已集成在片内，所以大大缩短了设计时间，此外，在从系统中移去或增加集成电路芯片时，对总线上的其它集成芯片没有影响。

１．１ Ｉ２Ｃ总线的主要特点

Ｉ２Ｃ总线通常由两根线构成：串行数据线（ＳＤＡ）和串行时钟线（ＳＣＬ）；总线上所有的器件都可以通过软件寻址，并保持简单的主从关系，其中主器件既可以作为发送器，又可以作为接收器；

Ｉ２Ｃ总线是一个真正的多主总线，它带有竞争监测和仲裁电路。当多个主器件同时启动设备时，总线系统会自动进行冲突监测及仲裁，从而确保了数据的正确性；

Ｉ２Ｃ总线采用８位、双向串行数据传送方式，标准传送速率为１００ｋＢ／ｓ，快速方式下可达４００ｋＢ／ｓ；同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手方式；连接到同一总线的集成电路数目只受４００ｐＦ的最大总线电容的限制。

１．２ Ｉ２Ｃ总线数据通信基本协议

利用Ｉ２Ｃ总线进行数据通信时，应遵守如下基本操作：

（１）总线应处于不忙状态，当数据总线（ＳＤＡ）和时钟总线（ＳＣＬ）都为高电平时，为不忙状态；

（２）当ＳＣＬ为高电平时，ＳＤＡ电平由高变低时，数据传送开始。所有的操作必须在开始之后进行；

（３）当ＳＣＬ为高电平时，ＳＤＡ电平由低变为高时，数据传送结束。在结束条件下，所有的操作都不能进行；

（４）数据的有效转换开始后，当时钟线ＳＣＬ为高电平时，数据线ＳＤＡ必须保持稳定。若数据线ＳＤＡ改变时，必须在时钟线ＳＣＬ为低电平时方可进行。

２ AT89C51与MAX517的I2C数据通信

２．１ ＭＡＸ５１７简介

ＭＡＸ５１７是ＭＡＸＩＭ公司生产的８位电压输出型ＤＡＣ数模转换器，它带有Ｉ２Ｃ总线接口，允许多个设备之间进行通讯。

ＭＡＸ５１７采用单５Ｖ电源工作。该芯片的引脚图见图１所示。各引脚的具体说明如下：

１脚（ＯＵＴ）：Ｄ／Ａ转换输出端；

２脚（ＧＮＤ）：接地；

３脚（ＳＣＬ）：时钟总线；

４脚（ＳＤＡ）：数据总线；

５、６脚（ＡＤ１，ＡＤ０）：用于选择哪个Ｄ／Ａ通道的转换输出?由于ＭＡＸ５１７只有一个Ｄ／Ａ，所以，使用时，这两个引脚通常接地。

７脚（ＶＣＣ）：电源；

８脚（ＲＥＦ）：参考。

２．２ ＭＡＸ５１７的工作时序

图3

    图２是ＭＡＸ５１７的一个完整的转换时序。首先应给ＭＡＸ５１７一个地址位字节。ＭＡＸ５１７在收到地址字节位后，会给ＡＴ８９Ｃ５１一个应答信号。然后，在给ＭＡＸ５１７一个控制位字节，ＭＡＸ５１７收到控制位字节位后，再给ＡＴ８９Ｃ５１发一个应答信号。之后，ＭＡＸ５１７便可以给ＡＴ８９Ｃ５１发送８位的转换数据（一个字节）。ＡＴ８９Ｃ５１收到数据之后，再给ＭＡＸ５１７发一个应答信号。至此，一次转换过程完成。

ＭＡＸ５１７的一个地址字节格式如下：

BIT7	BIT6	BIT5	BIT4	BIT3	BIT2	BIT1	BIT0
0	1	0	1	1	AD1	AD0	0

其中，前三位０１０出厂时已设定。对于ＭＡＸ５１７，ＢＩＴ４和ＢＩＴ３这两位应取为１。因为一个ＡＴ８９Ｃ５１上可以挂４个ＭＡＸ５１７，而具体是对哪一个ＭＡＸ５１７进行操作，则由ＡＤ１、ＡＤ０的不同取值来控制。

ＭＡＸ５１７的控制字节格式如下：

BIT7	BIT6	BIT5	BIT4	BIT3	BIT2	BIT1	BIT0
R2	R1	R0	RST	PD	X	X	A0

在该字节格式中，Ｒ２、Ｒ１、Ｒ０已预先设定为０；ＲＳＴ为复位位，该位为１时复位所有的寄存器；ＰＤ 为电源工作状态位，为１时，ＭＡＸ５１７工作在４μＡ的休眠模式，为０时，返回正常的操作状态；Ａ０为地址位，对于ＭＡＸ５１７，该位应设置为０。

２．３ ＭＡＸ５１７与ＡＴ８９Ｃ５１的硬件连接

ＡＴ８９Ｃ５１是ＡＴＭＥＬ公司的８９系列单片机的一种电路，是市面上应用相当广泛的一种产品。

图３所示为ＭＡＸ５１７与ＡＴ８９Ｃ５１的硬件连接电路。该硬件电路中，采用ＭＡＸ８１３作为看门狗电路,既可自动复位，也可手工复位。利用该电路可以用数码管来显示０－２５５个数字量,图中,采用ＭＡＸ７２１９作为数码驱动电路,若将ＭＡＸ５１７的输出引脚连接到示波器上，还可以显示相应的模拟电压的变化情况。

３ MAX517与AT89C51的通信子程序

该系统应将ＭＡＸ５１７作为从设备，ＡＴ８９Ｃ５１作为主设备。首先主设备向从设备发送一个地址字节５８Ｈ，之后从设备则发一个应答信号，主设备接到应答后，再发给从设备一个控制字节００Ｈ，当从设备接到该控制字节后，再发给主设备一个应答。之后主设备便可发给从设备要转换的８位数据。其工作流程图见图４所示。具体的程序代码如下：

程序开始时，定义Ｐ１．６，Ｐ１．７为ＳＤＡ，ＳＣＬ；

／／起始条件子函数

ｖｏｉｄ Ｓｔａｒｔ（ｖｏｉｄ）

{

ＳＤＡ＝１；

ＳＣＬ＝１；

ＮＯＰ；

ＳＤＡ＝０；

ＮＯＰ；

}

／／停止条件子函数

ｖｏｉｄ Ｓｔｏｐ(ｖｏｉｄ)

{

ＳＤＡ＝０;

ＳＣＬ＝１;

ＮＯＰ;

ＳＤＡ＝１;

ＮＯＰ;

}

／／应答子函数

ｖｏｉｄ Ａｃｋ(ｖｏｉｄ)

{

ＳＤＡ＝０;

ＮＯＰ;

ＳＣＬ＝１;

ＮＯＰ;

ＳＣＬ＝０;

}

／／发送数据子程序，Ｄａｔａ为要发送的数据

ｖｏｉｄ Ｓｅｎｄ(ｕｃｈａｒ Ｄａｔａ)

{

ｕｃｈａｒ ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ＝８; ／／位数控制

ｕｃｈａｒ ｔｅｍｐ; ／／中间变量控制

ｄｏ{

ｔｅｍｐ＝Ｄａｔａ;

ＳＣＬ＝０;

ＮＯＰ;

ｉｆ((ｔｅｍｐ＆０ｘ８０)＝＝０ｘ８０)

／／如果最高位是１

ＳＤＡ＝１;

ｅｌｓｅ

ＳＤＡ＝０;

ＳＣＬ＝１;

ｔｅｍｐ＝Ｄａｔａ＜＜１; ／／左移

Ｄａｔａ＝ｔｅｍｐ;

ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ－－;

}ｗｈｉｌｅ(ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ);

ＳＣＬ＝０;

}

／／读一个字节的数据，并返回该字节值

ｕｃｈａｒ Ｒｅａｄ(ｖｏｉｄ)

{

ｕｃｈａｒ ｔｅｍｐ＝０;

ｕｃｈａｒ ｔｅｍｐ１＝０;

ｕｃｈａｒ ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ＝８;

ＳＤＡ＝１;

ｄｏ{

ＳＣＬ＝０;

ＮＯＰ;

ＳＣＬ＝１;

ＮＯＰ;

ｉｆ(ＳＤＡ) ／／如果ＳＤＡ＝１

ｔｅｍｐ＝ｔｅｍｐ｜０ｘ０１;

ｅｌｓｅ

ｔｅｍｐ＝ｔｅｍｐ＆０ｘｆｅ;

ｉｆ(ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ－１)

{

ｔｅｍｐ１＝ｔｅｍｐ＜＜１;

ｔｅｍｐ＝ｔｅｍｐ１;

}

ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ－－;

}ｗｈｉｌｅ(ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ);

ｒｅｔｕｒｎ(ｔｅｍｐ);

}?

４　结束语

由于该系统可通过单片机给ＭＡＸ５１７发送０－２５５的数字量，并且可用数码管显示，同时，用示波器还可观测相应的电压变化，直观性非常好。同样，该程序对单片机与ＭＡＸ５１８、ＭＡＸ５１９等的通信都具有参考价值。