51单片机+proteus+实验（I2C和蜂鸣器）

news2024/9/20 7:42:26

目录

1.蜂鸣器

1.1基本概念

1.1.1蜂鸣器的简介

1.1.2蜂鸣器的硬件原理

1.1.3蜂鸣器的音色

1.2代码

1.2.1不同音色驱动

1.2.2使用Music Encode1软件来生成音乐

1.3proteus仿真

2.I2C

2.1基本概念

2.1.1 I2C的基本概念

2.1.2 I2C的通讯时序

  2.1.3AT24C02数据帧

​编辑2.2代码

2.2.1I2C代码

 2.2.2.AT24C02的代码

2.2.3主函数代码 

2.3proteus代码

1.蜂鸣器

1.1基本概念

1.1.1蜂鸣器的简介

  • 蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，常用来产生设备的按键音、报警音等提示信号

  • 蜂鸣器按驱动方式可分为有源蜂鸣器（内含驱动线路）和无源蜂鸣器(外部码驱动)。这里的“源”指的是激励源
  • 无源蜂鸣器的工作原理

（1）无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音（所以无源蜂鸣器可以模拟曲调实现音乐效果）。

（2）无源蜂鸣器是一种简单的声音发生器，它由蜂鸣器元件和驱动电路组成。无源蜂鸣器通常由一个压电陶瓷薄膜振荡器构成，当给定特定频率的电信号时，蜂鸣器会产生声音。

（1）当给蜂鸣器施加直流电压时，内部的压电陶瓷薄膜会受到电场的作用而变形。

（2）当电场的方向改变时，压电陶瓷薄膜会反复振动，产生声音。

（3）蜂鸣器的振动频率由输入的电信号频率决定。

（4）通常情况下，通过改变输入信号  的频率和占空比，可以调整蜂鸣器发出的声音的频率和音调。这样你就可以在控制信号的作用下产生不同的声音效果。

  • 有源蜂鸣器的工作原理

（1）有源蜂鸣器：内部自带振荡源，只需要接入直流电源，即可自动发出声音（声音频率相对固定）。

（1）直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号，有源自激型蜂鸣器的

1.1.2蜂鸣器的硬件原理

https://blog.csdn.net/qq_36347513/article/details/121474727icon-default.png?t=O83Ahttps://blog.csdn.net/qq_36347513/article/details/121474727好的博文

  •  注意事项：

（1）限流电阻，防止基极电流过大损坏二极管

（2）续流二极管：蜂鸣器两端要并联一个肖特基蓄流二极管或者RC器件。原因是关断时，会产生一个尖峰电压，可能会损坏三极管

（3）单片机I/O都不能直接驱动蜂鸣器，原因是I/O的驱动电流很小。

（4）三极管Q1起开关作用（PNP），其基极的低电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极高电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。

1.1.3蜂鸣器的音色

（1） 频率为f=\frac{1}{T}

1.2代码

1.2.1不同音色驱动

   sound=1;       //PWM的高电平此时三极管为开通
   Delay1us(852); //高电平的持续时间
   sound=0;       //PWM的低电平此时三极管为关闭
   Delay1us(852); //高电平的持续时间

1.2.2使用Music Encode1软件来生成音乐

unsigned char code star[]={ 0x15,0x02, 0x15,0x02, 0x19,0x02, 0x19,0x02, 0x1A,0x02,
                                  0x1A,0x02, 0x19,0x03, 0x18,0x02, 0x18,0x02, 0x17,0x02,
                                  0x17,0x02, 0x16,0x02, 0x16,0x02, 0x15,0x02, 0x19,0x02,
                                  0x19,0x02, 0x18,0x02, 0x18,0x02, 0x17,0x02, 0x17,0x02,
                                  0x16,0x02, 0x19,0x02, 0x19,0x02, 0x18,0x02, 0x18,0x02,
                                  0x17,0x02, 0x17,0x02, 0x16,0x02, 0x00,0x00 };


 InitialSound();
    while(1)
    {   
        Play(star,0,2,323);
    }

1.3proteus仿真

2.I2C

2.1基本概念

2.1.1 I2C的基本概念

  • I2C 总线（ Inter IC BUS ）是由 Philips 公司开发的一种通用数据总线
  • 两根通信线：SCL （ Serial Clock ）、 SDA （ Serial Data ） 同步、半双工，带数据应答
  • 主要特性

（1）I2C主模式特性：时钟生成 ​​​​​​，起始位和停止位生成

（2）I2C从模式特性： 可编程I2C，地址检测双寻址模式，可对2个从地址应答，停止位检测

（3）7位/10位寻址以及广播呼叫的生成和检测

（4）支持不同的通信速度：标准速度（高达100kHz）和快速速度（高达400kHz）

（5）状态标志： 发送/接收模式标志，字节传输结束标志，I2C 忙碌标志

（6）错误标志： 主模式下的仲裁丢失情况，地址/数据传输完成后的应答失败，检测误放的起始位和停止位，禁止时钟延长后出现的上溢/下溢

  • 一主多从模式的规定（物理层）

（1）主机的权力：任何时候，都是主机完全掌控SCL线，另外在空闲状态下，主机可以主动发起对SDA的控制只有在从机发送数据和从机应答的时候，主机才会转交SDA的控制权给从机，这就是主机的权利

（2）从机的权利：对于SCL时钟线，在任何时刻都只能被动的读取，从机不允许控制SCL线，对于SDA数据线，从机不允许主动发起对SDA的控制，只有在主机发送取从机的命令后，或者从机应答的时候，从机才能短暂地取得SDA的控制权

（3）上拉电阻的原因：由于这是半双工的协议，所以主机的SDA在发送的时候是输出，在接收的时候是输入，同样，从机的SDA也会在输入和输出之间反复切换，如果总线时序没协调好，极有可能发生两个脚同时处于输出的状态，如果这时正好是一个输出高电平，一个输出低电平，那这个状态就是电源短路，因此I2C的设计是，禁上所有设备输出强上拉的高电平（即芯片内部的上拉）采用外置弱上拉电阻加开漏输出的电路结构（SCL线只能由主机发送，所以不存在主机和从机同时发送和接收的情况）

（4）线与：总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平

（5）一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线 (SDA) ，一条串行时钟线 (SCL).数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

（6）具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多I2C设备尚不支持高速模式。连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF限制。

（7）多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线

（8）每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访 问。

（9）设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

（10）在一主多从的模式下，I2C可以使用推挽输出的模式

2.1.2 I2C的通讯时序

  •  起始和终止条件

（1）起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

（2）终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

（3）起始和停止信号一般由主机产生，

（4）IIC总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

  • 发送一个字节

（1）发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节（主机在发送期间需要主动拉低SDA）

（2）SCL为高电平的时候SDA 表示的数据有效， 即此时的SDA 为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备

（3）在SCL低电平期间，允许改变SDA的电平，当数据传送完成之后，主机就松手时钟线，下个时刻，SCL回弹到高电平，在高电平期间，是从机读取SDA的时候，所以高电平期间，SDA不允许变化，SCL处手高电平之后，从机需要尽快地读取SDA，一般都是在上升沿这个时刻，从机就已经读取完成了，因为时钟是主机控制的从机并不知道什么时候就会产生下降沿了，所以从机在上升沿时，就会立该刻把数据读走。那主机在放手SCL一段时间后，就会拉低SCL传送下一位。主机也需要在SCL下降沿之后尽快把数据放在SDA上，由于主机具有主导权，只需要在低电平的任意时刻把数据放在SDA上就行了。数据放完之后，主机再松手SCL,SCL高电平，从机读取这一位。主机拉低SCL,把数据放在SDA上，主机松开SCL,从机读取SDA的数据

  •  接收一个字节

​​​​​​（1）SCL低电平期间，从机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，主机将在SCL高电平期间读取数据位，所以SCL高电平期间SDA不允许有数据变化，依次循环上述过程8次，即可接收一个字节（主机在接收之前，需要释放SDA，释放SDA相当于切换成输入模式）

（2）SCL为高电平的时候 SDA 表示的数据有效， 即此时的SDA 为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备

（3）因为总线是线与的特征任何一个设备拉低了，总线就是低电平，如果从设备总是占据总线，那么其他设备无论发什么数据，总线都始终是低电平。释放SDA前由主机控制，释放SDA后由从机控制

 （4）每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制，数据以字节(8bit)传输

  • 地址及数据方向

（1）I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS) 来查找从机。I2C协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位 (R/W)，第8位或第11位。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。读数据方向时，主机会释放对SDA信号线的控制，由从机控制SDA 信号线，主机接收信号，写数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号

（2）数据和地址均以8位字节传输，MSB在前。起始位后紧随地址字节（7位地址占据一个字节； 10位地址占据两个字节。地址始终在主模式下传送

  • 响应

（1） I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答 (ACK)”和“非应答 (NACK)”两种信号。作为 数据接收端时，当设备 (无论主从机) 接收到I2C传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答 (ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答 (NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号结束信号传输。传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号 (NACK)，低电平表示应答信号 (ACK)（上拉电阻影响下SDA默认为高）

（2）在字节传输8个时钟周期后是第9个时钟脉冲，在此期间接收器必须向发送器发送一个应答位

  • 时序结构

  • I2C的发送和接收数据

  2.1.3AT24C02数据帧

  • AT24C02的简介

（1）AT24C02是一种可以实现掉电不丢失的存储器，可用于保存单片机运行时想要永久保存的数据信息

​​​​​​​（2）存储介质：EEPROM（电可擦除可编程ROM）；通讯接口：I2C总线；容量：256字节

  • AT24C02的框图

​​​​​​​

  •  AT24C02的硬件电路图

  •  设备地址

 （1）设备地址的高4位由厂家决定，而A2、A1、A0由用户自己设置

（2）EEPROM芯片我们使用的是24C02，该芯片的容量为2Kb，也就是256个字节，这里我们把 A0~A2均接地，对24C02来说也就是把地址位设置成了0了。

  • 向AT24C02写入和读取时序

2.2代码

2.2.1I2C代码

  • 开始I2C

​​​​​​​​​​​​​​

  • 停止I2C

​​​​​​​​​​​​​​

  • 发送一个数据

​​​​​​​​​​​​​​

  • 接收一个数据​​​​​​​

  • 接收应答数据

​​​​​​​​​​​​​​

  • 发送应答数据

 2.2.2.AT24C02的代码

/**
 * @brief 向I2C中写入数据
 * @param 写入数据的地址
 * @param 写入I2C的数据
 */
void AT24C02_WriteByte(unsigned char DartAddress,unsigned char Data)
{
    I2C_Start();               //开启
    I2C_sendByte(0xA0);        //发送AT24C02的地址 
    I2C_ReceiveAck();          //接收应答
    I2C_sendByte(DartAddress); //要写入数据的寄存器地址
    I2C_ReceiveAck();          //接收应答
    I2C_sendByte(Data);        //发送数据     
    I2C_ReceiveAck();          
    I2C_end();
}



unsigned AT24C02_ReadByte(unsigned char DartAddress)
{
    unsigned char Data;
    I2C_Start();
    I2C_sendByte(0xA0);     
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_sendByte(DartAddress); //要写入数据的寄存器地址
    I2C_ReceiveAck();
    I2C_Start();
    I2C_sendByte(0xA1);        //读操作此时R/W位为1
    I2C_ReceiveAck();
    Data=I2C_ReceiveByte();
    I2C_SendACK(1);
    I2C_end();
    return Data;
}

2.2.3主函数代码 

  unsigned char ByteData;
    LCD_Init();
    LCD_WriteString(1,1,"hello");
    AT24C02_WriteByte(0x01,123);
    LCD_Delay(5);
    ByteData=AT24C02_ReadByte(0x01);
    LCD_WriteNum(2,1,ByteData,3);
    while(1)
    {
        
        
    }

2.3proteus代码

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