單片機(jī)的I2C通信設(shè)計(jì)

I2C每一位信號(hào)的時(shí)序流程，而I2C通信在字節(jié)級(jí)的傳輸中，也有固定的時(shí)序要求。I2C通信的起始信號(hào)（Start）后，首先要發(fā)送一個(gè)從機(jī)的地址，這個(gè)地址一共有 7位，緊跟著的第 8 位是數(shù)據(jù)方向位（R/W），“0”表示接下來要發(fā)送數(shù)據(jù)（寫），‘“1”表示接下來是請(qǐng)求數(shù)據(jù)（讀）。

我們知道，打電話的時(shí)候，當(dāng)撥通電話，接聽方撿起電話肯定要回一個(gè)“喂”，這就是告訴撥電話的人，這邊有人了。同理，這個(gè)第九位 ACK 實(shí)際上起到的就是這樣一個(gè)作用。當(dāng)我們發(fā)送完了這 7 位地址和 1 位方向后，如果發(fā)送的這個(gè)地址確實(shí)存在，那么這個(gè)地址的器件應(yīng)該回應(yīng)一個(gè) ACK（拉低 SDA 即輸出“0”），如果不存在，就沒“人”回應(yīng) ACK（SDA將保持高電平即“1”）。

那我們寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，訪問一下我們板子上的 EEPROM 的地址，另外再寫一個(gè)不存在的地址，看看它們是否能回一個(gè) ACK，來了解和確認(rèn)一下這個(gè)問題。

我們板子上的 EEPROM 器件型號(hào)是 24C02，在 24C02 的數(shù)據(jù)手冊(cè) 3.6 節(jié)中可查到，24C02的 7 位地址中，其中高 4 位是固定的 0b1010，而低 3 位的地址取決于具體電路的設(shè)計(jì)，由芯片上的 A2、A1、A0 這 3 個(gè)引腳的實(shí)際電平?jīng)Q定，來看一下我們的 24C02 的電路圖，它和24C01 的原理圖完全一樣，如圖 14-4 所示。

圖 14-4 24C02 原理圖

從圖 14-4 可以看出來，我們的 A2、A1、A0 都是接的 GND，也就是說都是 0，因此 24C02的 7 位地址實(shí)際上是二進(jìn)制的 0b1010000，也就是 0x50。我們用 I2C 的協(xié)議來尋址 0x50，另外再尋址一個(gè)不存在的地址 0x62，尋址完畢后，把返回的 ACK 顯示到我們的 1602 液晶上，大家對(duì)比一下。

/***************************Lcd1602.c 文件程序源代碼*****************************/

#include

#define LCD1602_DB P0

sbit LCD1602_RS = P1^0;

sbit LCD1602_RW = P1^1;

sbit LCD1602_E = P1^5;

/* 等待液晶準(zhǔn)備好 */

void LcdWaitReady（）{

unsigned char sta;

LCD1602_DB = 0xFF;

LCD1602_RS = 0;

LCD1602_RW = 1;

do {

LCD1602_E = 1;

sta = LCD1602_DB; //讀取狀態(tài)字

LCD1602_E = 0;

} while （sta & 0x80）; //bit7 等于 1 表示液晶正忙，重復(fù)檢測(cè)直到其等于 0 為止

}

/* 向 LCD1602 液晶寫入一字節(jié)命令，cmd-待寫入命令值 */

void LcdWriteCmd（unsigned char cmd）{

LcdWaitReady（）;

LCD1602_RS = 0;

LCD1602_RW = 0;

LCD1602_DB = cmd;

LCD1602_E = 1;

LCD1602_E = 0;

}

/* 向 LCD1602 液晶寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)，dat-待寫入數(shù)據(jù)值 */

void LcdWriteDat（unsigned char dat）{

LcdWaitReady（）;

LCD1602_RS = 1;

LCD1602_RW = 0;

LCD1602_DB = dat;

LCD1602_E = 1;

LCD1602_E = 0;

}

/* 設(shè)置顯示 RAM 起始地址，亦即光標(biāo)位置，（x，y）-對(duì)應(yīng)屏幕上的字符坐標(biāo) */

void LcdSetCursor（unsigned char x， unsigned char y）{

unsigned char addr;

if （y == 0）{ //由輸入的屏幕坐標(biāo)計(jì)算顯示 RAM 的地址

addr = 0x00 + x; //第一行字符地址從 0x00 起始

}else{

addr = 0x40 + x; //第二行字符地址從 0x40 起始

}

LcdWriteCmd（addr | 0x80）; //設(shè)置 RAM 地址

}

/* 在液晶上顯示字符串，（x，y）-對(duì)應(yīng)屏幕上的起始坐標(biāo)，str-字符串指針 */

void LcdShowStr（unsigned char x， unsigned char y， unsigned char *str）{

LcdSetCursor（x， y）;//設(shè)置起始地址

while （*str ！= ‘’）{ //連續(xù)寫入字符串?dāng)?shù)據(jù)，直到檢測(cè)到結(jié)束符

LcdWriteDat（*str++）;

}

}

/* 初始化 1602 液晶 */

void InitLcd1602（）{

LcdWriteCmd（0x38）; //16*2 顯示，5*7 點(diǎn)陣，8 位數(shù)據(jù)接口

LcdWriteCmd（0x0C）; //顯示器開，光標(biāo)關(guān)閉

LcdWriteCmd（0x06）; //文字不動(dòng)，地址自動(dòng)+1

LcdWriteCmd（0x01）; //清屏

}

/*****************************main.c 文件程序源代碼******************************/

#include

#include

#define I2CDelay（） {_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;}

sbit I2C_SCL = P3^7;

sbit I2C_SDA = P3^6;

bit I2CAddressing（unsigned char addr）;

extern void InitLcd1602（）;

extern void LcdShowStr（unsigned char x， unsigned char y， unsigned char *str）;

void main（）{

bit ack;

unsigned char str［10］;

InitLcd1602（）; //初始化液晶

ack = I2CAddressing（0x50）; //查詢地址為 0x50 的器件

str［0］ = ‘5’; //將地址和應(yīng)答值轉(zhuǎn)換為字符串

str［1］ = ‘0’;

str［2］ = ‘：’;

str［3］ = （unsigned char）ack + ‘0’;

str［4］ = ‘’;

LcdShowStr（0， 0， str）; //顯示到液晶上

ack = I2CAddressing（0x62）; //查詢地址為 0x62 的器件

str［0］ = ‘6’; //將地址和應(yīng)答值轉(zhuǎn)換為字符串

str［1］ = ‘2’;

str［2］ = ‘：’;

str［3］ = （unsigned char）ack + ‘0’;

str［4］ = ‘’;

LcdShowStr（8， 0， str）; //顯示到液晶上

while （1）;

}

/* 產(chǎn)生總線起始信號(hào) */

void I2CStart（）{

I2C_SDA = 1; //首先確保 SDA、SCL 都是高電平

I2C_SCL = 1;

I2CDelay（）;

I2C_SDA = 0; //先拉低 SDA

I2CDelay（）;

I2C_SCL = 0; //再拉低 SCL

}

/* 產(chǎn)生總線停止信號(hào) */

void I2CStop（）{

I2C_SCL = 0; //首先確保 SDA、SCL 都是低電平

I2C_SDA = 0;

I2CDelay（）;

I2C_SCL = 1; //先拉高 SCL

I2CDelay（）;

I2C_SDA = 1; //再拉高 SDA

I2CDelay（）;

}

/* I2C 總線寫操作，dat-待寫入字節(jié)，返回值-從機(jī)應(yīng)答位的值 */

bit I2CWrite（unsigned char dat）{

bit ack; //用于暫存應(yīng)答位的值

unsigned char mask; //用于探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量

for （mask=0x80; mask！=0; mask》》=1）{ //從高位到低位依次進(jìn)行

if （（mask&dat） == 0）{ //該位的值輸出到 SDA 上

I2C_SDA = 0;

}else{

I2C_SDA = 1;

}

I2CDelay（）;

}

I2C_SCL = 1; //拉高 SCL

I2CDelay（）;

I2C_SCL = 0; //再拉低 SCL，完成一個(gè)位周期

I2C_SDA = 1; //8 位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，主機(jī)釋放 SDA，以檢測(cè)從機(jī)應(yīng)答

I2CDelay（）;

I2C_SCL = 1; //拉高 SCL

ack = I2C_SDA; //讀取此時(shí)的 SDA 值，即為從機(jī)的應(yīng)答值

I2CDelay（）;

I2C_SCL = 0; //再拉低 SCL 完成應(yīng)答位，并保持住總線

return ack; //返回從機(jī)應(yīng)答值

}

/* I2C 尋址函數(shù)，即檢查地址為 addr 的器件是否存在，返回值-從器件應(yīng)答值 */

bit I2CAddressing（unsigned char addr）{

bit ack;

I2CStart（）; //產(chǎn)生起始位，即啟動(dòng)一次總線操作

//器件地址需左移一位，因?qū)ぶ访畹淖畹臀?/p>

//為讀寫位，用于表示之后的操作是讀或?qū)?/p>

ack = I2CWrite（addr《《1）;

I2CStop（）; //不需進(jìn)行后續(xù)讀寫，而直接停止本次總線操作

return ack;

}

我們把這個(gè)程序在 KST-51開發(fā)板上運(yùn)行完畢，會(huì)在液晶上邊顯示出來我們預(yù)想的結(jié)果，主機(jī)發(fā)送一個(gè)存在的從機(jī)地址，從機(jī)會(huì)回復(fù)一個(gè)應(yīng)答位，即應(yīng)答位為 0；主機(jī)如果發(fā)送一個(gè)不存在的從機(jī)地址，就沒有從機(jī)應(yīng)答，即應(yīng)答位為 1。

前面的章節(jié)中已經(jīng)提到利用庫(kù)函數(shù)_nop_（）可以進(jìn)行精確延時(shí)，一個(gè)_nop_（）的時(shí)間就是一個(gè)機(jī)器周期，這個(gè)庫(kù)函數(shù)包含在 intrins.h 這個(gè)文件中，如果要使用這個(gè)庫(kù)函數(shù)，只需要在程序最開始，和包含 reg52.h 一樣，include之后，程序中就可以使用這個(gè)庫(kù)函數(shù)了。

還有一點(diǎn)要提一下，I2C通信分為低速模式 100kbit/s、快速模式 400kbit/s 和高速模式3.4Mbit/s。因?yàn)樗械?I2C 器件都支持低速，但卻未必支持另外兩種速度，所以作為通用的I2C 程序我們選擇 100k 這個(gè)速率來實(shí)現(xiàn)，也就是說實(shí)際程序產(chǎn)生的時(shí)序必須小于等于 100k的時(shí)序參數(shù)，很明顯也就是要求 SCL 的高低電平持續(xù)時(shí)間都不短于 5us，因此我們?cè)跁r(shí)序函數(shù)中通過插入 I2CDelay（）這個(gè)總線延時(shí)函數(shù)（它實(shí)際上就是 4 個(gè) NOP 指令，用 define 在文件開頭做了定義），加上改變 SCL 值語句本身占用的至少一個(gè)周期，來達(dá)到這個(gè)速度限制。如果以后需要提高速度，那么只需要減小這里的總線延時(shí)時(shí)間即可。

此外我們要學(xué)習(xí)一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的技巧，就是I2C通信時(shí)如何將一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。大家注意函數(shù) I2CWrite 中，用的那個(gè) for 循環(huán)的技巧。for （mask=0x80; mask！=0; mask》》=1），由于 I2C 通信是從高位開始發(fā)送數(shù)據(jù)，所以我們先從最高位開始，0x80 和 dat 進(jìn)行按位與運(yùn)算，從而得知 dat 第 7 位是 0 還是 1，然后右移一位，也就是變成了用 0x40 和 dat 按位與運(yùn)算，得到第 6 位是 0 還是 1，一直到第 0 位結(jié)束，最終通過 if 語句，把 dat 的 8 位數(shù)據(jù)依次發(fā)送了出去。其它的邏輯大家對(duì)照前邊講到的理論知識(shí)，認(rèn)真研究明白就可以了。
責(zé)任編輯；zl