C51学习归纳9 --- I2C通讯学习（重点）

news2024/12/24 21:02:10

        首先，我自己学习过以后的直观感觉，通信协议是单片机的灵魂之一，只有规定好了通信协议我们才能够正确的接收到信息，才能实现更加深入的研究。所以这一部分是需要好好学习的。

        本节借助一个可存储的芯片AT24C02，进行在I2C协议上的读取，实现掉电不丢失，永久存储数据并读取的工作。

一、I2C通信协议原理

        24C02的通讯方式是I2C，所以这个芯片端口的连接直接按照I2C所需直接预留出来。WE是写入使能，即可以存储内容。P2_1,2是控制我们写入时机，和内容的控制端口。后续讲完I2C通讯流程，大家应该就懂了。E0~2直接接地，是I2C的地址。

        上图是I2C通信协议开始和结束的信号标志。

        开始标志：在SCL高电平的时候，将数据线SDA下拉，从高电平到低电平。随后SCL拉低       

        结束标志：在SCL高电平的时候，将数据线SDA上拉，从低电平到高电平。 SCL提前拉高

         在收到开始信号以后，我们就可以发送数据了，现在讲数据怎么发送的。

        开始信号后，SCL=0，SDA=0。在SCL=0的期间，我们将数据放在SDA上，在下一次SCL=1时，从机读取数据。

       在讲数据怎么接收的。

       开始前SCL=0，SDA=0。在SCL=0的期间，从机将数据放在SDA上，在下一次SCL=1时，主机读取刚才SDA写入的数据。注意，这里需要主机释放SDA线。

         这一步其实是为了，确定从机是否接受，和确定从机是否发送完毕。保证系统通信的连贯和正确。        

         主机发送开始位，然后发送从机地址和设置为写模式，随后监听从机的接收应答，如果接收了，返回RA信号。然后主机开始发送数据，从机应答，以此往复，直到最后主机发送结束位。本次通信结束。

        地址，前四位是厂家定的，加下来三位由电路板的连接确定，电路板全部连地，所以就是000.最后一位是1为读，0为写。

         主机发送开始位，然后发送从机地址和设置为读模式，随后监听从机的接收应答，如果接收了，返回RA信号。然后从机开始发送数据，从机发送发送应答，以此往复，最后遇到SA=1时主机发送结束位。本次通信结束。

         这个就是将前两个组合起来，发送尾部去掉停止信号，直接加上接受操作。

         这里就是在指定位置写入、读取。

二、利用AT24C02 进行数据存储和读取

        那么我们要借助I2C通信，我们就要写I2C的底层函数。

#include <REGX52.H>

sbit I2C_SCL=P2^1;
sbit I2C_SDA=P2^0;

/**
  * @brief  I2C开始
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Start(void)
{
	I2C_SDA=1;
	I2C_SCL=1;
	I2C_SDA=0;
	I2C_SCL=0;
}

/**
  * @brief  I2C停止
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void I2C_Stop(void)
{
	I2C_SDA=0;
	I2C_SCL=1;
	I2C_SDA=1;
}

/**
  * @brief  I2C发送一个字节
  * @param  Byte 要发送的字节
  * @retval 无
  */
void I2C_SendByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		I2C_SDA=Byte&(0x80>>i);
		I2C_SCL=1;
		I2C_SCL=0;
	}
}

/**
  * @brief  I2C接收一个字节
  * @param  无
  * @retval 接收到的一个字节数据
  */
unsigned char I2C_ReceiveByte(void)
{
	unsigned char i,Byte=0x00;
	I2C_SDA=1;
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		I2C_SCL=1;
		if(I2C_SDA){Byte|=(0x80>>i);}
		I2C_SCL=0;
	}
	return Byte;
}

/**
  * @brief  I2C发送应答
  * @param  AckBit 应答位，0为应答，1为非应答
  * @retval 无
  */
void I2C_SendAck(unsigned char AckBit)
{
	I2C_SDA=AckBit;
	I2C_SCL=1;
	I2C_SCL=0;
}

/**
  * @brief  I2C接收应答位
  * @param  无
  * @retval 接收到的应答位，0为应答，1为非应答
  */
unsigned char I2C_ReceiveAck(void)
{
	unsigned char AckBit;
	I2C_SDA=1;
	I2C_SCL=1;
	AckBit=I2C_SDA;
	I2C_SCL=0;
	return AckBit;
}

        这一段代码看着很长，但是你如果只看大的模块，其实我们就是把刚才的开启、停止、发送、接收、发送应答、接收应答的时序逻辑表示出来了而已 。这些就是I2C的通信协议

#include <REGX52.H>
#include "I2C.h"

#define AT24C02_ADDRESS		0xA0

/**
  * @brief  AT24C02写入一个字节
  * @param  WordAddress 要写入字节的地址
  * @param  Data 要写入的数据
  * @retval 无
  */
void AT24C02_WriteByte(unsigned char WordAddress,Data)
{
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(Data);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Stop();
}

/**
  * @brief  AT24C02读取一个字节
  * @param  WordAddress 要读出字节的地址
  * @retval 读出的数据
  */
unsigned char AT24C02_ReadByte(unsigned char WordAddress)
{
	unsigned char Data;
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_SendByte(WordAddress);
	I2C_ReceiveAck();
	I2C_Start();
	I2C_SendByte(AT24C02_ADDRESS|0x01);
	I2C_ReceiveAck();
	Data=I2C_ReceiveByte();
	I2C_SendAck(1);
	I2C_Stop();
	return Data;
}

         有了I2C的通信协议之后，我们的AT24C02就可以借助I2C的通信格式，编写自己的读写功能。这个也是刚才的逻辑图。

#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "Key.h"
#include "AT24C02.h"
#include "Delay.h"

unsigned char KeyNum;
unsigned int Num;

void main()
{
	LCD_Init();
	LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();
		if(KeyNum==1)	//K1按键，Num自增
		{
			Num++;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
		}
		if(KeyNum==2)	//K2按键，Num自减
		{
			Num--;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
		}
		if(KeyNum==3)	//K3按键，向AT24C02写入数据
		{
			AT24C02_WriteByte(0,Num%256);
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(1,Num/256);
			Delay(5);
			LCD_ShowString(2,1,"Write OK");
			Delay(1000);
			LCD_ShowString(2,1,"        ");
		}
		if(KeyNum==4)	//K4按键，从AT24C02读取数据
		{
			Num=AT24C02_ReadByte(0);
			Num|=AT24C02_ReadByte(1)<<8;
			LCD_ShowNum(1,1,Num,5);
			LCD_ShowString(2,1,"Read OK ");
			Delay(1000);
			LCD_ShowString(2,1,"        ");
		}
	}
}

        编写了底层的代码之后，我们在主函数里只需要，直接调用就好了。

三、利用定时器实现秒表

        之前也实现了类似的功能，但是以前按键按下以后是阻塞的，不利于芯片的运行，现在使用定时器对按键扫描，克服以前的不足。

#include <REGX52.H>
#include "Timer0.h"
#include "Key.h"
#include "Nixie.h"
#include "Delay.h"
#include "AT24C02.h"

unsigned char KeyNum;
unsigned char Min,Sec,MiniSec;
unsigned char RunFlag;

void main()
{
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();
		if(KeyNum==1)			//K1按键按下
		{
			RunFlag=!RunFlag;	//启动标志位翻转
		}
		if(KeyNum==2)			//K2按键按下
		{
			Min=0;				//分秒清0
			Sec=0;
			MiniSec=0;
		}
		if(KeyNum==3)			//K3按键按下
		{
			AT24C02_WriteByte(0,Min);	//将分秒写入AT24C02
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(1,Sec);
			Delay(5);
			AT24C02_WriteByte(2,MiniSec);
			Delay(5);
		}
		if(KeyNum==4)			//K4按键按下
		{
			Min=AT24C02_ReadByte(0);	//读出AT24C02数据
			Sec=AT24C02_ReadByte(1);
			MiniSec=AT24C02_ReadByte(2);
		}
		Nixie_SetBuf(1,Min/10);	//设置显示缓存，显示数据
		Nixie_SetBuf(2,Min%10);
		Nixie_SetBuf(3,11);
		Nixie_SetBuf(4,Sec/10);
		Nixie_SetBuf(5,Sec%10);
		Nixie_SetBuf(6,11);
		Nixie_SetBuf(7,MiniSec/10);
		Nixie_SetBuf(8,MiniSec%10);
	}
}

/**
  * @brief  秒表驱动函数，在中断中调用
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Sec_Loop(void)
{
	if(RunFlag)
	{
		MiniSec++;
		if(MiniSec>=100)
		{
			MiniSec=0;
			Sec++;
			if(Sec>=60)
			{
				Sec=0;
				Min++;
				if(Min>=60)
				{
					Min=0;
				}
			}
		}
	}
}

void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count1,T0Count2,T0Count3;
	TL0 = 0x18;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFC;		//设置定时初值
	T0Count1++;
	if(T0Count1>=20)
	{
		T0Count1=0;
		Key_Loop();	//20ms调用一次按键驱动函数
	}
	T0Count2++;
	if(T0Count2>=2)
	{
		T0Count2=0;
		Nixie_Loop();//2ms调用一次数码管驱动函数
	}
	T0Count3++;
	if(T0Count3>=10)
	{
		T0Count3=0;
		Sec_Loop();	//10ms调用一次数秒表驱动函数
	}
}

        我们先看主要的逻辑，中断中，1、每次产生中断都要重新赋值；2、我们每20ms对独立按键进行扫描，判断当下的按键值；3、每2ms对数码管进行顺序刷新显示；4、每10ms，因为我们的毫秒只显示2位，所以我们每10ms显示依次新的毫秒数字，并并进位。

        讲完了中断，我们关注一下主函数的内容，每当我们扫描得到了键码值以后，我们针对不同的键码值做不同的工作。按键一：修改计时器开始。按键二：数据清理。按键三：写入。案件四：从芯片读出，显示在数码表。

        随后讲一下优势：

        1、使用定时器，避免了延时函数占用CPU，从而提高效率。

        2、使用定时器，定时扫描数码管，显示效果更好

void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number)
{
	P0=0x00;				//段码清0，消影
	switch(Location)		//位码输出
	{
		case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;
		case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;
		case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;
		case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;
		case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;
		case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;
		case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;
		case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;
	}
	P0=NixieTable[Number];	//段码输出
}

/**
  * @brief  数码管驱动函数，在中断中调用
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Nixie_Loop(void)
{
	static unsigned char i=1;
	Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]);
	i++;
	if(i>=9){i=1;}
}

        3、使用定时器，可以消除按键抖动，配合如下代码

void Key_Loop(void)
{
	static unsigned char NowState,LastState;
	LastState=NowState;				//按键状态更新
	NowState=Key_GetState();		//获取当前按键状态
	//如果上个时间点按键按下，这个时间点未按下，则是松手瞬间，以此避免消抖和松手检测
	if(LastState==1 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=1;
	}
	if(LastState==2 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=2;
	}
	if(LastState==3 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=3;
	}
	if(LastState==4 && NowState==0)
	{
		Key_KeyNumber=4;
	}
}

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