I2C介绍
I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式 串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的 一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简单, 器件封装形式小,通信速率较高等优点。I2C 总线只有两根双向信号线。一根是 数据线 SDA,另一根是时钟线 SCL。由于其管脚少,硬件实现简单,可扩展性强 等特点,因此被广泛的使用在各大集成芯片内。下面我们就从 I2C 的物理层与 协议层来了解 I2C。
I2C物理层
I2C通信设备常用的连接方式如下:
它的物理层有如下特点:
(1)它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个I2C通信总线中,可连接多个I2C通讯设备,支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(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。
(3)应答响应
每当发送器件传输完一个字节的数据后,后面必须紧跟一个校验位,这个校 验位是接收端通过控制 SDA(数据线)来实现的,以提醒发送端数据我这边已经 接收完成,数据传送可以继续进行。这个校验位其实就是数据或地址传输过程中 的响应。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)”信号即特定的低电平脉冲, 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)”信号即特定的高电平脉冲,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。应答响应时序图如下:
b、主机在第一个字节后,立即从从机读数据
硬件设计
按照需要给工程分组并添加对应文件,这里我们在工程中分 3 组,User、App、 Publi,至于前面创建的 Obj 文件夹是在工程中无需体现,因为只是编译器生成 的一些中间文件和.hex 执行文件。通常在工程组的命名与创建的文件夹名保持 一致,方便查找到源文件位置。如下所示:
注:这个添加User、App、 Publi这三个文件名要和前面创建的这三个文件名一致,如果文件名写错是不会直接关联到前面创建的文件
添加成功后,在工程中就会出现刚才的分组列表,如下所示:
然后就是给每个组添加对应的.c 源文件。
3.1,给User组添加main.c文件,如下图所示:
将main.c文件添加到工程的User组中,如下所示
可以选择到要添加的.c 文件(红色标记 5),然后鼠标左键双击也可直接添 加进去,就免去了点击红色标记 6 这步。添加好后,在右侧就会显示对应组中已 添加的文件,如下所示:
添加成功后左边的User组下面就会显示mian.c文件,如下所示:
#ifndef _public_H
//ifndef是C语言条件的编译,意思若_public_H没有被定义,则从“#ifndef”至“
//#endif”关键字之间的内容都有效,也就是说,这个头文件若被其它文件“#include”,
//它就会被包含到其该文件中,且头文件中紧接着使用“#define”关键字定义上面判断的标号“_public_H”。
#define _public_H
#include "reg52.h"
//编译的是51,首先定义reg52头文件,调用reg52.h,这样在别的.C文件里面就不用
//在调用 include "reg52.h",直接调用 #include "public.h"文件就可以
typedef unsigned int u16; //对系统默认数据类型进行重定义
typedef unsigned char u8;
void delay_10us(u16 ten_us);//定义延时函数 ,当传入ten_us=1时,大约是1us
void delay_ms(u16 ms); // 当传入ms=1时,大约是1ms ,
#endif
public.c文件代码如下:
#include "public.h"
void delay_10us(u16 ten_us) //当传入Ten_us=1时,大约延时10us
{
while(ten_us--);
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : delay_ms
* 函数功能 : ms 延时函数,ms=1 时,大约延时 1ms
* 输 入 : ten_us
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void delay_ms(u16 ms)
{
u16 i,j;
for(i=ms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
2,App 文件夹:用于存放外设驱动文件,如 LED、数码管、定时器等。
2.1,Key 文件夹按键检测函数
key.h文件代码如下:
#ifndef _key_H
#define _key_H
#include "public.h"
//定义独立按键控制脚
sbit KEY1=P3^1;
sbit KEY2=P3^0;
sbit KEY3=P3^2;
sbit KEY4=P3^3;
//使用宏定义独立按键按下的键值
#define KEY1_PRESS 1
#define KEY2_PRESS 2
#define KEY3_PRESS 3
#define KEY4_PRESS 4
#define KEY_UNPRESS 0
u8 key_scan(u8 mode);
#endif
key.c文件代码如下:
#include "key.h"
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : key_scan
* 函数功能 : 检测独立按键是否按下,按下则返回对应键值
* 输 入 : mode=0:单次扫描按键
mode=1:连续扫描按键
* 输 出 : KEY1_PRESS:K1 按下
KEY2_PRESS:K2 按下
KEY3_PRESS:K3 按下
KEY4_PRESS:K4 按下
KEY_UNPRESS:未有按键按下
*********************************************************************
**********/
u8 key_scan(u8 mode)
{
static u8 key=1;
if(mode)key=1;//连续扫描按键
if(key==1&&(KEY1==0||KEY2==0||KEY3==0||KEY4==0))//任意按键按下
{
delay_10us(1000);//消抖
key=0;
if(KEY1==0)
return KEY1_PRESS;
else if(KEY2==0)
return KEY2_PRESS;
else if(KEY3==0)
return KEY3_PRESS;
else if(KEY4==0)
return KEY4_PRESS;
}
else if(KEY1==1&&KEY2==1&&KEY3==1&&KEY4==1) //无按键按下
{
key=1;
}
return KEY_UNPRESS;
}
通常.c 源文件开始会调用与之匹配的.h 头文件,这样在.c 源文件中即可使 用.h 头文件的内容。与 key.c 对应的头文件是 key.h,一般我们以文件形式存放 对应功能的驱动程序时,会创建 2 个文件,一个是.c 源文件,另一个是.h 头文 件。源文件通常存放的是外设的驱动程序,比如按键检测函数;而头文件通常用 来存放管脚定义、变量声明、函数声明等。我们可以看下 key.h 和public.h头文件,头文件.h开始和结束位置 有如下这种结构:#ifndef _key_H
#define _key_H
............................(此处省略头文件定义的内容)
#endif
它的功能是防止头文件被重复包含,避免引起编译错误。在头文件的开头, 使用“ #ifndef”关键字,判断标号“_key_H”是否被定义,若没有被定义,则 从“#ifndef”至“ #endif”关键字之间的内容都有效,也就是说,这个头文件 若被其它文件“#include”,它就会被包含到其该文件中,且头文件中紧接着使用“#define”关键字定义上面判断的标号“ _key_H”。当这个头文件被同一个文件第二次“#include”包含的时候,由于有了第一次包含中的“#define _key_H” 定义,这时再判断“#ifndef _led_H”,判断的结果就是假了,从“#ifndef” 至“#endif”之间的内容都无效,从而防止了同一个头文件被包含多次,编译时 就不会出现“redefine(重复定义)”的错误了。一般来说,我们不会直接在 C 的源文件写两个“#include”来包含同一个头 文件,但可能因为头文件内部的包含导致重复,这种代码主要是避免这样的问题。 如“key.h”文件中调用了#include “public.h”头文件,可能我们写主程序的 时候会在 main 文件开始处调用#include “public.h”“key.h”,这个时候 “public.h”文件就被包含两次了,如果在头文件中没有这种机制,编译器就会报错。key.h 头文件中包含的 public.h 头文件是我们定义的,存放在 Public 文件 夹中,在前面也介绍其作用,主要用于存放 51 单片机开发中共用的一些程序或 变量类型的重定义等,比如延时函数,u16、u8 类型的定义等。其中最关键的是 包含了#include “reg52.h”,只要调用 public.h 即可包含 reg52.h。
#ifndef _smg_H
#define _smg_H
#include "public.h"
#define SMG_A_DP_PORT P0 //使用宏定义数码管段码口
//定义数码管位选信号控制脚
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;
#endif
#include "smg.h"
//共阴极数码管显示0~F的段码数据
u8 gsmg_code[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
void smg_display(u8 dat[],u8 pos)
{
u8 i=0;
u8 pos_temp=pos-1;/pos是1开始计数,i是从0开始 ,为了让pos和i一样,所以pos-1
for(i=pos_temp;i<8;i++)
{
switch(i)//位选
{
case 0: LSC=1;LSB=1;LSA=1;break;
case 1: LSC=1;LSB=1;LSA=0;break;
case 2: LSC=1;LSB=0;LSA=1;break;
case 3: LSC=1;LSB=0;LSA=0;break;
case 4: LSC=0;LSB=1;LSA=1;break;
case 5: LSC=0;LSB=1;LSA=0;break;
case 6: LSC=0;LSB=0;LSA=1;break;
case 7: LSC=0;LSB=0;LSA=0;break;
}
SMG_A_DP_PORT=gsmg_code[dat[i-pos_temp]];//传送段选数据
delay_10us(100);//延时一段时间,等待显示稳定
SMG_A_DP_PORT=0x00;//消影,为了消除下个数码管有效赋值的段码数据对上个数码管的影响
}
}
#ifndef _iic_H
#define _iic_H
#include "public.h"
sbit IIC_SCL=P2^1;//定义SCL 控制管脚
sbit IIC_SDA=P2^0;// 定义SDA控制管脚
void iic_start(void); //产生IIC起始信号
void iic_stop(void); //产生 IIC 停止信号
void iic_ack(void); //产生 ACK 应答
void iic_nack(void);//产生 NACK 非应答
u8 iic_wait_ack(void); //等待应答信号到来
void iic_write_byte(u8 dat);//IIC 发送一个字节
u8 iic_read_byte(u8 ack); //IIC 读一个字节
#endif
iic.c文件代码如下:
#include "iic.h"
/*******************************************************************************
* 函 数 名 : iic_start
* 函数功能 : 产生IIC起始信号
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*******************************************************************************/
void iic_start(void) //这些起始停止信号都是没有返回值的,所以都是void类型
{
IIC_SCL=1;//当IIC_SCL为高电平的时候
IIC_SDA=1;
delay_10us(1);//当传入ten_us=1时,大约是10us
IIC_SDA=0; // 当IIC_SCL为高电平的时候, IIC_SDA由高变为低电平这是
//一个起始信号
delay_10us(1);//按两个延时是根据我们这个时序,从高往低的时间,为了兼容我们的程序,延时适
//当放宽,延时10us,
IIC_SCL=0; // IIC_SCL为低电平是钳住 I2C总线,也就是说总线处于一个工作的状态,准备发送
//或接收数据
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : iic_stop
* 函数功能 : 产生 IIC 停止信号
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void iic_stop(void)
{
IIC_SCL=1;//当IIC_SCL为高电平的时候
IIC_SDA=0;
delay_10us(1);//当传入ten_us=1时,大约是10us
IIC_SDA=1; // 当IIC_SCL为高电平的时候,IIC_SDA由低变为高电平这是一个终止信号
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : iic_ack
* 函数功能 : 产生 ACK 应答
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void iic_ack(void)
{
IIC_SCL=0;//当SCL为低电平时候,SDA的数据线是可以更改的
IIC_SDA=0; //SDA 为低电平 是应答信号
delay_10us(1);
IIC_SCL=1; //当SCL为高电平的时候,SDA的数据是稳定,从机就可以读取这个稳定的信号
delay_10us(1);
IIC_SCL=0; //SCL为低电平,等待下一次主机数据的发送
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : iic_nack
* 函数功能 : 产生 NACK 非应答
* 输 入 : 无
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void iic_nack(void)
{
IIC_SCL=0; //当SCL为低电平时候,SDA的数据线是可以更改的
IIC_SDA=1; //SDA 为高电平 的时候是非应答
delay_10us(1);
IIC_SCL=1;
delay_10us(1);
IIC_SCL=0;
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : iic_wait_ack
* 函数功能 : 等待应答信号到来
* 输 入 : 无
* 输 出 : 1,接收应答失败
0,接收应答成功
*********************************************************************
**********/
u8 iic_wait_ack(void)
{
u8 time_temp=0;
IIC_SCL=1;//要读取电平SCL为高电平的时候,数据是稳定的,第一步先让SCL=1,SCL设置位高电平
delay_10us(1); //高电平的时候我们都要给一些延时,延时以后在开始读取
while(IIC_SDA) //读取用while循环,直到等到我们要求的信号,等待 SDA 为低电平
{
time_temp++; //如果IIC_SDA为高电平,则不停的在里面循环,这里设置一个时间time_temp
if(time_temp>100)//当time_temp>100时候,超时则强制结束 IIC 通信
{
iic_stop(); //IIC_SDA=1一直为高电平,就是非应答,超时则直接终止停止信号,
//如果SDA=0,则不会进入执行iic_stop()
return 1; //如果IIC_SDA=1就终止信号,就返回1,返回1表示的是非应答
}
}
IIC_SCL=0; //如果SDA等于0,是应答信号,则不会进入执行iic_stop(),为假,跳出while循环,
//让IIC_SCL=0,可以进行数据操作
return 0; //如果IIC_SDA=0就终止信号,就返回0,返回0表示的是应答,不会停止,继续发送
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : iic_write_byte
* 函数功能 : IIC 发送一个字节
* 输 入 : dat:发送一个字节
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void iic_write_byte(u8 dat) //写入没有返回值,就是void类型,写数据要传入参数,定义是U8类型的dat
{
u8 i=0;
IIC_SCL=0;//SCL为低电电平的时候,数据是可以更改的,
//所以SDA的数据可以变化,当 SCL为高电平的时候,数据是稳定的,可以发送出去
//要写入数据,所以要先让 SCL=0为低电平
for(i=0;i<8;i++) //循环 8 次将一个字节传出,先传高再传低位一位一位的发送
//因为dat是一个字节是8位,要把每个位移到8位,所以这里循环8次
{
if((dat&0x80)>0)//这用一个与(&)运算,都为真是真,如果dat的高位是1,则大于0,
//IIC_SDA=1,否则IIC_SDA=0
IIC_SDA=1;
else
IIC_SDA=0;
dat<<=1;//如果传送下一位的时候,在if((dat&0x80)>0)始终对比的是最高位,如果要传送
//dat=10010001,第一次对比最高位1,传入了1,次高位0
//就要让0 变成最高位,要变成最高位,就要dat想左移一位,dat<<=1,dat=10010001
//变成dat=00100010,因为if((dat&0x80)>0)始终对比的是最高位,
//是一位一位的传,在if((dat&0x80)>0)里面dat=00000000为高位是0则IIC_SDA=0
delay_10us(1);
IIC_SCL=1;//当写入一位数据后,SCL为高电平数据是稳定的,可以发送出去
delay_10us(1);
IIC_SCL=0; //SCL=0SCL为低电电平的时候,数据是可以更改的,继续写入下一位数据
delay_10us(1);
}
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : iic_read_byte
* 函数功能 : IIC 读一个字节
* 输 入 : ack=1 时,发送 ACK,ack=0,发送 nACK
* 输 出 : 应答或非应答
*********************************************************************
**********/
u8 iic_read_byte(u8 ack)//读取的时候是有返回值的,所以定义各个U8类型的函数
//要读取的从机的数据之后,是否要继续读取,主机发送一个ack,nACK ,
//这里设置一个入口参数u8 ack的变量,读取之后是要继续读取,还是停止,
//通过ack变量来设置ack=1 时,发送 ACK,ack=0,发送 nACK
{
u8 i=0;
u8 receive=0;//读取数据后要保存,这里设置receive变量来保存读取的是数据,赋予初值0
for(i=0;i<8;i++ ) //读取也是一位一位地读,一个字节8为,所以这里循环 8 次将一个字节读出,
//先读高再传低位
{
IIC_SCL=0; //SCL为低电电平的时候,数据是可以更改的
delay_10us(1);
IIC_SCL=1; //在SCL为高电平,数据是稳定的,数据不会改变,开始读取数据
receive<<=1; // for(i=0;i<8;i++ )是先读高再传低位,读取的高位,保存的是在receive是
//低位,所以要把每次读取的数据左移这样就把第一次读取保存在receive 的数
//据,移到最高位
if(IIC_SDA)receive++; //怎么读取?就判断IIC_SDA这个管脚的电平,如果IIC_SDA=1就是1,
//如果IIC_SDA=0就是0 ,不执行if语句receive++不会加如果我们要读取的数据是11000000,读取数据也
//是先读高位,那么第一次读取receive=1,如果在读次高位1的时候,receive++=2,2换算8位16进制=11,
//是不对的,因为前两位是11,receive++是最低位加1,所以我们在下去次读取的时候,对receive<<=1,
//在就是10,第二次receive++就变成receive++=11,依次读取8位数据
delay_10us(1);
}
if (!ack) //这里的意思,规定了0就是 nack,1就是ack
iic_nack();
else
iic_ack();
return receive; //读取的数据保存在receive里面返回出去
}
2.3 24c02文件夹AT24C02 读写字节函数
24c02.h文件代码如下;
#ifndef _24c02_H
#define _24c02_H
#include "public.h"
void at24c02_write_one_byte(u8 addr,u8 dat);
u8 at24c02_read_one_byte(u8 addr);
#endif
24c02.c文件代码如下;
#include "24c02.h"
#include "iic.h"
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : at24c02_write_one_byte
* 函数功能 : 在 AT24CXX 指定地址写入一个数据
* 输 入 : addr:写入数据的目的地址
dat:要写入的数据
* 输 出 : 无
*********************************************************************
**********/
void at24c02_write_one_byte(u8 addr,u8 dat) //写入每个数据都要制定一个地址,这个函数要指
//定一个地址ddr,写入数据dat
{
iic_start(); //产生IIC起始信号
iic_write_byte(0XA0); //发送写命令,根据AT24C02器件地址,0XA0是写入地址传入的参数,
//0XA1是读取地址传入的参数
iic_wait_ack();//等待应答信号到来,这是从机发的,要等待应答应答信号,如果从机返回的是
//应答信号,主机则继续写入数据
iic_write_byte(addr);//发送写地址
iic_wait_ack();
iic_write_byte(dat); //发送字节
iic_wait_ack();
iic_stop(); //产生一个停止条件
delay_ms(10);
}
/********************************************************************
***********
* 函 数 名 : at24c02_read_one_byte
* 函数功能 : 在 AT24CXX 指定地址读出一个数据
* 输 入 : addr:开始读数的地址
* 输 出 : 读到的数据
*********************************************************************
**********/
u8 at24c02_read_one_byte(u8 addr)//入口参数,指定地址addr
{
u8 temp=0;
iic_start(); //产生IIC起始信号
iic_write_byte(0XA0); //发送写命令
iic_wait_ack();
iic_write_byte(addr); //发送写入需要读取的地址
iic_wait_ack();
iic_start();//因为要读取方向发生改变,所以起始信号要重来一次
iic_write_byte(0XA1); //进入读取接收模式
iic_wait_ack();
temp=iic_read_byte(0); //读取字节存入在temp里面,读取之后要结束,iic_read_byte()就
//传入一个参数ack=0是,iic_read_byte(0)根据iic_read_byte()
//函数,ack取反一下是,就是nack。
iic_stop(); //产生一个停止条件
return temp; //返回读取的数据
}
2.4 user文件夹main.c主函数
main.c文件代码如下
/********************************************************************
****************** 实验名称:I2C-EEPROM 实验
接线说明:
实验现象:下载程序后,数码管右 4 位显示 0,按 K1 键将数据写入到 EEPROM 内保存,
按 K2 键读取 EEPROM 内保存的数据,按 K3 键显示数据加 1,按 K4 键显示数据清
零,
最大能写入的数据是 255。
注意事项:
*********************************************************************
******************/
#include "public.h"
#include "key.h"
#include "smg.h"
#include "24c02.h"
#define EEPROM_ADDRESS 0//定义数据存入 EEPROM 的起始地址,要改变数据写入的地址,只需在这里修改就可以
void main()
{
u8 key_temp=0;//定义一个变量保存按键的键值
u8 save_value=0;//定义一个要写入的值,初值0
u8 save_buf[3]; //定义一个显示三位的数组
while(1)
{
key_temp=key_scan(0);//key_scan(0)是单词扫描,key_scan(1)连续扫描
//返回对应键值保存在key_temp变量里面
if(key_temp==KEY1_PRESS) //通过按下K1,把save_value数据写入到地址EEPROM_ADDRESS里面
//保存
{
at24c02_write_one_byte(EEPROM_ADDRESS,save_value);//EEPROM_ADDRESS是写入数据
//指定的地址
}
else if(key_temp==KEY2_PRESS)//通过按下K2,把地址EEPROM_ADDRESS里面的数据读出来,保存
//在save_value里面
{
save_value=at24c02_read_one_byte(EEPROM_ADDRESS);
}
else if(key_temp==KEY3_PRESS)//通过按下K3,数据save_value加1
{
save_value++;
if(save_value==255)save_value=255;
}
else if(key_temp==KEY4_PRESS)//通过按下K0,数据save_value清零
{
save_value=0;
}
save_buf[0]=save_value/100; //获取百位的数字,假如ave_value是245除以100等于2,百位上
//就是2
save_buf[1]=save_value%100/10; //获取十位上的数字,假如ave_value是245,%100是取除
//以100的余数,就是45,在除以10,十位上就是4
save_buf[2]=save_value%100%10;//获取个位上的数字,假如ave_value是245,%100是取除以
//100的余数,就是45,在%100是取除以100的余数就是5,个位上就是5
smg_display(save_buf,6);//如上举例save_buf[2,4,5],在共阴极数码管显示0~F的段码数据,
//就是245,6是,从到右第6个数码管开始显示
}
}