I2C 總線提供了一種串行通信方式，用在 MCU 與 EEPROM，LCD模塊，溫度傳感器等等之間控制。
I2C 用兩條線 (數據線SDA 和時鍾線 SCL) 在設備間傳輸數據。
I2C 總線用作主機與從機之間雙向數據傳輸。可以用於多主機系統，支持無中央主機及多主機系統，主機與主機之間的總線仲載傳輸，同步時鍾SCL的存在，允許設備間使用不同比特率的數據傳輸。支持四種傳輸模式：主發，主收，從發，從收。
I2C 總線僅支持 7位地址。支持廣播呼叫，支持標准速率傳輸 (100kbps) 和快速傳輸( 400k bps)
功能描述
對於雙向傳輸操作，SDA 及SCL 引腳必須配置成開漏模式，形成邏輯線與功能：總線上當有一個器件輸出0，總
線上就是0電平，所有器件全輸出1，總線上才是高電平，需要通過外接上拉電阻把電平拉高。N76E003, 在設置
I2CEN (I2CON.6)使能I2C功能之前，必須把SCL，SDA的輸出鎖存在邏輯1的狀態。
I2C 空閑時，兩條線都為高。這時任一設備都可以做為主機發個起始位 START 開始數據傳輸，在停止位 STOP
出現之前，總線被認為處於忙狀態。主機產生串行時鍾脈沖以及起始位和停止位。如果總線上沒有START起始
信號，則所有總線設備被認為未被尋址從機，硬件自動匹配自己的從機地址或廣播呼叫地址，(廣播地址可由 GC
(I2ADDR.0)使能或禁止.)。若地址匹配，就產生中斷。
I2C總線上傳輸的每個字節都包含8個數據位(MSB優先)和一個應答位，共9位。但每次傳輸的字節個數沒有明確
界定(起始位 START 和停止位 STOP之間的字節個數) ，但每個字節都應有一個應答位。主機產生8個時鍾脈
沖，以傳輸8位數據。在第8個時鍾SCL下沿后，由SDA腳輸出數據后，SDA轉為輸入模式在第9個時鍾脈沖以讀取第9位應答位。在第9個時鍾脈沖后，數據接收端若沒准備好接收下一個字節，可以拉住時鍾線保持低，讓傳輸掛起。接收端釋放時鍾線SCL以后，傳輸繼續。
開始和停止條件
I2C 總線時序定義了起始START (S)和結束STOP (P)的條件。時鍾SCL為高時，數據線SDA由高電平至低電平的跳變被認為是起始START標志。時鍾SCL為高時，數據線SDA由低電平至高電平的跳變被認為是結束STOP標志。起始和結束都由主機產生，起始和結束之間被認為是總線忙狀態。當成功判定結束條件以后，主機釋放總
線，所有設備都回到監聽總線起始位狀態，之前被呼叫從機也轉為未尋址從機。
I2C總線進入空閑狀態等待下一個起始START信號，開始下一次傳輸。
主機若發出停止位STOP，傳輸就停止了。然而，主機也可以不發停止位，而是再次發出起始START信號（Sr）繼續和上個地址通信，或者換個地址繼續通信。各種讀/寫組合格式操作可能存在一個傳輸中。
7位地址數據格式
起始位 START 之后, 第一個字節必須是“7位地址SLA+第8位讀寫方向位( W)”，用以定義目標從機地址以及從機寫入或讀出數據。若第8位是0，即SLA+W，表示下個字節開始主機向從機寫數據；若是1，即SLA+R，就表
示下字節開始，主機向從機讀數據。所以，一個典型數據包含起始位 START，SLA+W/R，一個或多個字節數據，最后是停止位 STOP。當一個從機已被尋址及讀寫方向通過字節SLA+W/R，隨后的8位數據就跟隨之前的設定進行傳輸。
I2C總線還有一種特殊尋址方式，廣播呼叫尋址。
在該模式下，發送的首字節數據為0。
廣播呼叫模式應用於主機希望向所有從機傳輸相同數據。當此尋址方式啟用。收到廣播要不要發應答由軟件決定。若某個從機發了應答，這個從機就收發后續數據，和標准從機接收方式相同。注意：地址0x00默認用於廣播呼叫方式，不能用於普通從機地址。因此理論上，總共7位地址I2C 總線，共可以連接127個設備，地址由1至127。
在數據傳輸過程中，在時鍾高電平時，SDA需要保持數據內容不能更改。只有在SCL為低時，SDA內容可以改變。
應答ACK
每字節傳輸SCL第9個脈沖用於傳輸應答位 (ACK)。通過將SDA拉低，來允許接收端（無論主機或是從機）回應發送端（無論主機或從機）。應答位時鍾由主機產生。發送端設備在應答位時鍾高電平周期內，需放棄對SDA的控制。ACK 為一個低電平信號。在應答位時鍾周期的高電平時，SDA保持低電平用以表示接收端已成功接收到發送端的數據。通常被尋址的從機在整個傳輸過程中每字節都需要回復應答位。當該從機接收無法應答（NACK）從機地址時，從機將SDA線保持高以便主機產生停止(STOP)或發送重復開始(START)信號。
若從機接收沒有應答從機地址后，將自身切換到未尋址從機模式，從而無法接收更多數據字節。這時從機將SDA線拉高，此時主機應發送停止STOP信號或重復起始(repeated START)信號。
若是主機接收，主機控制着收發字節個數，主機在最后一個字節收發結束后不發應答位信號，從機端將切換為未尋址從機模式，並釋放SDA線，以便主機直接發停止位STOP 或重開始位START。
仲裁
主機僅可在總線空閑時發起傳輸。可能有多個器件同時發開始位START試圖發起數據傳輸，這時就會出現總線
仲裁。在該狀態下，當SCL為高時，SDA上呈現仲裁信號。在仲裁過程中，第一個發起主機對SDA線置1（高電
平）而另一個主機發送0（低電平），發送后主機會對SDA線上信號與自己發出的信號進行比較，由於“線與”
的原因，時鍾SCL為高時，發送0的主機會成功，而發送1的主機會失敗。發送失敗的主機立刻切換自身到未被尋
址的從機狀態，以確保自身能被仲裁勝利的主機尋址到。同時也釋放數據線，並回到地址偵測狀態，仲載失敗的
主機，仍會發送時鍾，直到當前字節結束。
仲裁機制讓每個主機發送數據時，都會同時比較總線上的數據是否與自己發送的一致。注：如果其它主機發送
0，發送1的主機會在仲裁中失敗，仲裁會持續到總線上只有一個主機。如兩個主機同時向一個從機發數據時，地
址相同，仲裁會在第二個字節持續。
I2C 總線的這種仲裁機制，讓總線上的設備可以有多個主機，而且沒有優先等級。從機不介入仲裁。
I2C控制寄存器
I2C共有五個控制寄存器： I2CON, I2STAT, I2DAT, I2ADDR, 和 I2CLK. 這些寄存器用以提供協議控制，狀態顯示，數據傳輸、接收以及時鍾速率控制。為靈活應用，配置I2CPX (I2CON.0)可以交換SDA，SCL引腳功能。
工作模式
I2C 協議定義了四種模式：主機發送，主機接收，從機發送，從機接收。還有一種特殊模式廣播呼叫模式，其操作方式與從機接收模式類似。
主機發送模式
主機發送多個字節到從機，主機產生時鍾，故需要在I2CLK內填入設定值。主機發送模式需要將STA (I2CON.5) 置1。此時，一旦檢測到總線空閑，主機就會發出一個起始位START，若成功, SI(I2CON.3) 將被置1，狀態碼I2STAT置為08H。接下來應把從機地址和寫位(SLA+W)寫入 I2DAT ，然后清0位SI，總線上發出SLA+W。
主機發出SLA+W 收到從機應答位ACK后， SI被置1，狀態碼I2STAT = 18H。接下來將按照用戶定義格式發送數據。所有的數據發送完以后，位 STO (I2CON.4)置1，並清除SI位以發出停止信號STOP，或者也可以發送重復起始信號repeat START，而不發送STOP，直接開始新一輪數據傳輸。
主機接收模式
主機接收模式，由從機傳輸數據。初始化設置與主機發送模式相同，主機發送起始位以后， I2DAT 應寫入從機地址和“讀位” (SLA+R)。收到從機應答位ACK后 SI 被置1且狀態碼 I2STAT= 40H。 SI 清0后開始接收從機數據，若 AA 位 (I2CON.2) =1，主機收到數據后回應答位；若 AA =0主機收到數據后不回應答NACK。然后主機可以發停止位或重起始開始新一輪傳輸。
從機接收模式
在從機接收模式下，從機接收主機發來的數據。在傳輸開始前，I2ADDR 應寫入從機地址，I2CLK內容無效，AA置1用以響應主機的尋址。上述初始化后，從機進入空閑模式，等待“寫”信號（SLA+W）。若主機仲裁失敗，也會直接進入從機接收模式。
當從機被“寫”信號SLA+W尋址到后，需要清0 SI位，以便從主機接收數據。如果在傳輸過程中AA=0，從機將在下一字節返回無應答位NACK，從機也將轉為未尋址從機，與主機聯系終止，不再接收數據，且I2DAT保持之前接收到的數據。
從機發送模式
從機發送模式，數據由從機發送給主機。當初始化I2ADDR及I2CON值后，器件等待直到自身地址被“讀”信號(SLA+R)尋址。若主機仲裁失敗，也可進入從機發送模式。
當從機被“讀”信號SLA+R尋址，需要將SI信號清0用以向主機發送數據。通常主機接收每字節數據后會返回應答位，如果沒有接收到應答位，接下去的傳輸中，從機將發送全1數據。並變為未尋址從機。如果傳輸過程中AA清0 ，從機將發送最后一個字節數據，並在接下去的傳輸中發送全1數據，並將自身變為未尋址從機。
各狀態碼表述
I2STAT狀態寄存器中,有兩種狀態碼不歸屬25種之前所述狀態：F8H 及 00H。
F8H 用以標示在之前的傳輸中沒有有效信息，意味着，SI標志位為0且無I2C 中斷產生。
00H 標示在傳輸過程中，有總線錯誤發生。總線錯誤是指START 或 STOP在傳輸的過程中出現在錯誤的位置，例如在地址或數據的第二位或應答位。當總線發生錯誤，SI標志馬上會被置1，工作中的節點設備馬上切換到未被尋址從機模式，釋放SDA 和SCL，並將I2STAT寄存器清0。要恢復總線狀態，需要置位STO位並清除SI位，然后STO會由硬件清0，而不需要真正的STOP信號波形，釋放總線恢復到正常空閑狀態。
有一種特殊情況，當SDA線被強制拉低導致阻塞，START信號或重復起始(repeat START)信號無法成功產生時，從機將失去同步。解決方法是在SCL線上額外多送一個時鍾脈沖。通過將STA位置1，總線上產生額外的時鍾脈沖，由於SDA始終拉低，SDA線上不會產生START信號。一旦SDA線被釋放，正常的START信號送出，狀態寄存器上會顯示08H，串行傳輸繼續。相同的狀況，如果需要發送重復開始 (repeated START)信號受阻，也可以采用上述方式。在上述方式完成傳輸后，狀態寄存器顯示10H，而不是顯示08H。注：軟件無法介入上述總線問題傳輸。
重要說明： 當總線上看到的STATUS 為總線錯誤（bus error）時， I2C為持續使能狀態，由於對I2C模塊來說錯誤並沒有清除，無法直接用清除 SI 的方式來停止總線錯誤，故SI會保持在1。所以，如果程序中用SI來判定當下I2C狀態並繼續流程時，建議用下述方法來增加程序的穩定性。
解決方法：
– 通過對總線送出Stop信號
– 如果送出Stop仍然無效，說明時序已被打亂，需要對I2C總線傳輸進行關閉再重新開始傳輸。
I2C 超時溢出
N76E003帶一組14位超時計數器，用於防止I2C總線故障。一旦使能了超時定時器，計數器開始計數直至溢出，
即如果開啟中斷，I2TOF位會被硬件置1。當使能計數器，SI置1復位計數器， SI清0后重新開始計數。
若I2C總線出現故障，SI 位長時間不能清0，14位的超時定時器就會溢出，並進入中斷。
I2C 中斷
I2C的兩個標志位：SI 和 I2TOF。這兩個標志都會產生I2C事件中斷請求。如果 EI2C (EIE.0) = 1且 EA = 1,當兩個標志中的任意一個發生時， CPU 就會去執行中斷代碼。用戶可以讀取這兩個標志位，來確定中斷產生的原因。這兩個標志需軟件清0。
另外，當使用I2C超時寄存器功能時，必須打開I2C中斷用來配合超時的時序，否則I2C超時計數標志不會產生置位。
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ /* */ /* Copyright(c) 2017 Nuvoton Technology Corp. All rights reserved. */ /* */ /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ //*********************************************************************************************************** // Nuvoton Technoledge Corp. // Website: http://www.nuvoton.com // E-Mail : MicroC-8bit@nuvoton.com // Date : Jun/21/2017 //*********************************************************************************************************** //*********************************************************************************************************** // File Function: N76E003 I2C demo code, Slave Address of 24LC64 = 0xA0 // // ____________ ______________ // | | SDA | | // | |<-------->| | // | | | | // |N76E003(M) | | 24LC64(S) | // | | SCL | | // | |--------->| | // |____________| |_____________| // // Microchip I2C EEPROM 24xx64 (64K Bit) is used as the slave device. // The page size are 32Byte. Total are 256 page. // If verification passes, Port3 will show 0x78. If there is any failure // occured during the progress, Port3 will show 0x00. //*********************************************************************************************************** #include "N76E003.h" #include "SFR_Macro.h" #include "Function_define.h" #include "Common.h" #include "Delay.h" #define SYS_CLK_EN 0 #define SYS_SEL 2 #define SYS_DIV_EN 0 //0: Fsys=Fosc, 1: Fsys = Fosc/(2*CKDIV) #define SYS_DIV 1 #define I2C_CLOCK 2 #define EEPROM_SLA 0xA0 #define EEPROM_WR 0 #define EEPROM_RD 1 #define LED P3 #define PAGE_SIZE 32 #define PAGE_NUMBER 4 #define ERROR_CODE 0x78 #define TEST_OK 0x00 bit I2C_Reset_Flag; //======================================================================================================== void Init_I2C(void) { P13_OpenDrain_Mode; // Modify SCL pin to Open drain mode. don't forget the pull high resister in circuit P14_OpenDrain_Mode; // Modify SDA pin to Open drain mode. don't forget the pull high resister in circuit /* Set I2C clock rate */ I2CLK = I2C_CLOCK; /* Enable I2C */ set_I2CEN; } //======================================================================================================== void I2C_SI_Check(void) { if (I2STAT == 0x00) { I2C_Reset_Flag = 1; set_STO; SI = 0; if(SI) { clr_I2CEN; set_I2CEN; clr_SI; clr_I2CEN; } } } void One_Page_Read(UINT8 u8PageNumber,UINT8 u8DAT) { UINT8 u8Count; UINT16 u16Address; u16Address = (UINT16)u8PageNumber*32; /* Step1 */ set_STA; /* Send Start bit to I2C EEPROM */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x08) /* 0x08: A START condition has been transmitted*/ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send STA' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step2 */ I2DAT = (EEPROM_SLA | EEPROM_WR); /* Send (SLA+W) to EEPROM */ clr_STA; /* Clear STA and Keep SI value in I2CON */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x18) /* 0x18: SLA+W has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send SLA+W' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step3 */ I2DAT = HIBYTE(u16Address); /* Send I2C EEPROM's High Byte Address */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x28) /* 0x28: Data byte in S1DAT has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send I2C High Byte Address' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step4 */ I2DAT = LOBYTE(u16Address); /* Send I2C EEPROM's Low Byte Address */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x28) /* 0x28: Data byte in S1DAT has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send I2C Low Byte Address' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step5 */ set_STA; /* Repeated START */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x10) /* 0x10: A repeated START condition has been transmitted */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send STA' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step6 */ clr_STA; /* Clear STA and Keep SI value in I2CON */ I2DAT = (EEPROM_SLA | EEPROM_RD); /* Send (SLA+R) to EEPROM */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x40) /* 0x40: SLA+R has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send SLA+R' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step7 */ /* Verify I2C EEPROM data */ for (u8Count = 0; u8Count <PAGE_SIZE; u8Count++) { set_AA; /* Set Assert Acknowledge Control Bit */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x50) /* 0x50:Data byte has been received; NOT ACK has been returned */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'No Ack' error"); goto Read_Error_Stop; } if (I2DAT != u8DAT) /* Send the Data to EEPROM */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Read data' error"); goto Read_Error_Stop; } u8DAT = ~u8DAT; } /* Step8 */ clr_AA; /* Send a NACK to disconnect 24xx64 */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x58) /* 0x58:Data byte has been received; ACK has been returned */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Ack' error"); goto Read_Error_Stop; } /* Step9 */ clr_SI; set_STO; while (STO) /* Check STOP signal */ { I2C_SI_Check(); if (I2C_Reset_Flag) goto Read_Error_Stop; } Read_Error_Stop: if (I2C_Reset_Flag) { I2C_SI_Check(); printf("\nI2C Read error, test stop"); I2C_Reset_Flag = 0; } } //======================================================================================================== void One_Page_Write(UINT8 u8PageNumber,UINT8 u8DAT) { UINT8 u8Count; UINT16 u16Address; u16Address = (UINT16)u8PageNumber*32; /* Step1 */ set_STA; /* Send Start bit to I2C EEPROM */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x08) /* 0x08: A START condition has been transmitted*/ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send STA' error"); goto Write_Error_Stop; } /* Step2 */ clr_STA; /* Clear STA and Keep SI value in I2CON */ I2DAT = EEPROM_SLA | EEPROM_WR; /* Send (SLA+W) to EEPROM */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x18) /* 0x18: SLA+W has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send SLA+W' error"); goto Write_Error_Stop; } /* Step3 */ I2DAT = HIBYTE(u16Address); /* Send EEPROM's High Byte Address */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x28) /* 0x28: Data byte in S1DAT has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send High byte address' error"); goto Write_Error_Stop; } /* Step4 */ I2DAT = LOBYTE(u16Address); /* Send EEPROM's Low Byte Address */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x28) /* 0x28: Data byte in S1DAT has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Send Low byte address' error"); goto Write_Error_Stop; } /* Step5 */ /* Write data to I2C EEPROM */ for (u8Count = 0; u8Count < PAGE_SIZE; u8Count++) { I2DAT = u8DAT; /* Send data to EEPROM */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x28) /* 0x28: Data byte in S1DAT has been transmitted; ACK has been received */ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Write Data' error"); goto Write_Error_Stop; } u8DAT = ~u8DAT; } //After STOP condition, a inner EEPROM timed-write-cycle //will occure and EEPROM will not response to outside command /* 0x18: SLA+W has been transmitted; ACK has been received */ /* Step6 */ do { set_STO; /* Set I2C STOP Control Bit */ clr_SI; while (STO) /* Check STOP signal */ { I2C_SI_Check(); if (I2C_Reset_Flag) goto Write_Error_Stop; } set_STA; /* Check if no ACK is returned by EEPROM, it is under timed-write cycle */ clr_SI; while (!SI); if (I2STAT != 0x08) /* 0x08: A START condition has been transmitted*/ { I2C_Reset_Flag = 1; printf("\nI2C 'Wait Ready' error"); goto Write_Error_Stop; } clr_STA; /* Clear STA and Keep SI value in I2CON */ I2DAT = (EEPROM_SLA | EEPROM_WR); /* Send (SLA+W) to EEPROM */ clr_SI; while (!SI); }while(I2STAT != 0x18); /* Step7 */ set_STO; /* Set STOP Bit to I2C EEPROM */ clr_SI; while (STO) /* Check STOP signal */ { I2C_SI_Check(); if (I2C_Reset_Flag) goto Write_Error_Stop; } Write_Error_Stop: if (I2C_Reset_Flag) { I2C_SI_Check(); I2C_Reset_Flag = 0; printf("\nI2C Write error, test stop"); } } //======================================================================================================== void main(void) { Set_All_GPIO_Quasi_Mode; InitialUART0_Timer3(115200); /* Initial I2C function */ Init_I2C(); //initial I2C circuit /* page0 R/W */ printf ("\n\n24LC64 Page0 Write (0x55,0xAA...)..."); One_Page_Write(0,0x55); //page0, write 0x55,0xAA,........ printf ("\n\n24LC64 Page0 Read..."); One_Page_Read (0,0x55); //page0, read 0x55,0xAA,........ /* page1 R/W */ printf ("\n\n24LC64 Page1 Write (0x00,0xFF...)..."); One_Page_Write(1,0x00); //page1, write 0x00,0xFF,........ printf ("\n\n24LC64 Page1 Read..."); One_Page_Read (1,0x00); //page1, read 0x00,0xFF,........ /* page2 R/W */ printf ("\n\n24LC64 Page2 Write (0xAA,0x55...)..."); One_Page_Write(2,0xAA); //page2, write 0xAA,0x55,........ printf ("\n\n24LC64 Page2 Read..."); One_Page_Read (2,0xAA); //page2, read 0xAA,0x55,........ /* page3 R/W */ printf ("\n\n24LC64 Page3 Write (0xFF,0x00...)..."); One_Page_Write(3,0xFF); //page3, write 0xFF,0x00,........ printf ("\n\n24LC64 Page3 Read..."); One_Page_Read (3,0xFF); //page3, read 0xFF,0x00,........ /* page255 R/W */ printf ("\n\n24LC64 Page255 Write (0x0F,0xF0...)..."); One_Page_Write(255,0x0F); //page255, write 0x0F,0xF0,........ printf ("\n\n24LC64 Page255 Read..."); One_Page_Read (255,0x0F); //page255, read 0x0F,0xF0,........ /* ==== Test Pass ==== */ printf ("\n\N76E003 <--> 24LC64, I2C Demo Code test pass..."); while (1); /* =================== */ }