单片机 IIC 软模拟

1万 · 2024-6-17 05:15

一、IIC概述

IIC(Inter-IntegratedCircuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器以及其外围设备，IIC也被成为I2C，其实两者是完全相同的，只是名词不一样而已。
它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

二、IIC特点

数据线SDA：数据线用来传输数据;时钟线SCL：时钟线用来同步数据收发
总线上每一个器件都有一个唯一的地址识别，所以我们只需要知道器件的地址，根据时序就可以实现微控制器与器件之间的通信。
数据线SDA和时钟线SCL都是双向线路，都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电压，所以当总线空闲的时候，这两条线路都是高电平。
总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s在快速模式下可达400kbit/s在高速模式下可达3.4Mbit/s。
总线支持设备连接个数：同时支持多个主机和多个从机，连接到总线的接口数量只由总线电容是400pF的限制决定，如以下图所示：

注意：注意起始和终止信号都是由主机发出的，总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。

应答：每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据。

注意：从机应答主机所需要的时钟仍是主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答

三、示例代码/* -----------------------------------------头文件-----------------------------------------*/#include "iic.h"/* -----------------------------------------宏定义-----------------------------------------*/#define IIC_SDA(N) IIC_SDA = N#define IIC_SCL(N) IIC_SCL = N/*选择SDA的数据方向*/#define IIC_SDA_Input() {P13_PushPull_Mode;P14_Input_Mode;}#define IIC_SDA_Output() {P13_PushPull_Mode;P14_PushPull_Mode;}/* -----------------------------------------结构体定义-------------------------------------*//* -----------------------------------------全局变量定义-----------------------------------*/sbit IIC_SDA = P1 ^ 4;sbit IIC_SCL = P1 ^ 3;/* -----------------------------------------应用程序---------------------------------------*/void Delayus(uint16_t i){ while (i--);}void Delayms(uint16_t i){ i = i * 1000; Delayus(i);}/*********************************************函数名：IIC_Init功能：IIC引脚初始化作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/void IIC_Init(void){ IIC_SDA_Output(); IIC_SDA(1); IIC_SCL(1);}/*********************************************函数名：IIC_Start功能：IIC通讯开始作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/void IIC_Start(void){ IIC_SDA_Output(); // 设置为输出模式 IIC_SCL(1); IIC_SDA(1); Delayus(1); IIC_SDA(0); IIC_SCL(0); Delayus(2);}/*********************************************函数名：IIC_Stop功能：IIC通讯结束作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/void IIC_Stop(void){ IIC_SDA_Output(); // 设置为输出模式 IIC_SCL(0); IIC_SDA(0); Delayus(2); IIC_SCL(1); IIC_SDA(1); Delayus(2);}/*********************************************函数名：IIC_Wait_ACK功能：IIC从设备应答作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/void IIC_Wait_ACK(void){ uint8_t i = 0; IIC_SDA_Input(); // SDA 设置为输入 IIC_SCL(1); Delayus(1); while (IIC_SDA == 1 && i < 250) i++; IIC_SCL(0); IIC_SDA_Output(); // 设置成输出 Delayus(2);}/*********************************************函数名：IIC_NACK功能：主设备非应答作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/void IIC_NACK(void){ IIC_SCL(1); Delayus(1); IIC_SDA(1); IIC_SCL(0); Delayus(2);}/*********************************************函数名：IIC_WriteByte功能：发送一个字节形参：byte--待发送字节作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/void IIC_WriteByte(uint8_t byte){ uint8_t len = 0; IIC_SCL(0); Delayus(2); for (len = 0; len < 8; len++) { if (byte & 0x80) { IIC_SDA(1); } else { IIC_SDA(0); } Delayus(1); IIC_SCL(1); byte <<= 1; Delayus(1); IIC_SCL(0); Delayus(2); } IIC_SDA(1); IIC_SCL(0); Delayus(2);}/*********************************************函数名：IIC_ReadByte功能：向从设备接收一个字节返回值：Byte--读取到的字节作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/uint8_t IIC_ReadByte(void){ uint8_t len = 0, Byte = 0; IIC_SDA(1); IIC_SDA_Input(); // SDA 设置为输入 for (len = 0; len < 8; len++) { IIC_SCL(0); Delayus(1); IIC_SCL(1); Delayus(1); Byte <<= 1; Byte |= IIC_SDA; Delayus(1); IIC_SCL(0); Delayus(1); } return Byte;}/*********************************************函数名：IIC_ReceiveData功能：向从设备接收一个字节，并带应答作者：薛建强时间：2019/06/11**********************************************/uint8_t IIC_ReceiveData(uint8_t Ack){ uint8_t i = 0, ReadValue = 0; IIC_SDA_Output(); // 设置成输出模式 IIC_SDA(1); IIC_SDA_Input(); // 设置为输入模式 IIC_SCL(0); for (i = 0; i < 8; i++) { IIC_SCL(1); Delayus(1); ReadValue <<= 1; if (IIC_SDA != 0) { ReadValue |= 0x01; } Delayus(1); IIC_SCL(0); Delayus(2); } if (Ack) { IIC_SCL(0); IIC_SDA_Output(); // 设置成输出模式 IIC_SDA(0); Delayus(2); IIC_SCL(1); Delayus(1); IIC_SCL(0); } else { IIC_SCL(0); IIC_SDA_Output(); // 设置成输出模式 IIC_SDA(1); Delayus(2); IIC_SCL(1); Delayus(1); IIC_SCL(0); } return ReadValue;}#ifndef __IIC_H#define __IIC_H/* -----------------------------------------头文件-----------------------------------------*/#include "main.h"/* -----------------------------------------宏定义-----------------------------------------*//* -----------------------------------------结构体定义-------------------------------------*/typedef struct{ uint8_t DelayTick; //定义延时，以适应不同器件对速率的不同要求,具体值要在调试中确定 uint8_t ADDR; //器件地址}IIC_TYPE;/* -----------------------------------------全局变量定义-----------------------------------*//* -----------------------------------------应用程序---------------------------------------*/void IIC_Init(void); // IIC端口void IIC_Start(void); // 启动信号void IIC_Stop(void); // 停止信号void IIC_Wait_ACK(void); // 应答信号void IIC_NACK(void);void IIC_WriteByte(uint8_t txd);uint8_t IIC_ReadByte(void); // 读取数据uint8_t IIC_ReceiveData(uint8_t Ack); // 读取数据#endif四、应用

i2C总线是各种总线中使用信号线最少，并具有自动寻址、多主机时钟同步和仲裁等功能的总线。因此，使用I2C总线设计计算机系统十分方便灵活，体积也小，因而在各类实际应用中得到广泛应用。下面举二个应用示例。

I2C的运用比如在铁电存储器中，用铁电存储数据就是用的I2C总线协议。
伺服控制系统用I2C扩展LCD显示器

它用8XC752单片机的PWM输出经放大后来驱动电机，电机的转速由测速机测取并直接送到8XC752片内的A/D电路。处理后的有关信息经I2C总线送到LCD驱动芯片PCF8577以驱动64段LCD显示板。
通用I/O端口作为I2C总线接口

目前，51、96系列的单片机应用很广，但是由于它们都没有I2C总线接口，从而限制了在这些系统中使用具有I2C总线接口的器件。通过对I2C总线时序的分析，可以用51单片机的两根I/O线来实现I2C总线的功能。接I2C总线规定：SCL线和SDA线是各设备对应输出状态相“与”的结果，任一设备都可以用输出低电平的方法来延长SCL的低电平时间，以迫使高速设备进入等待状态，从而实现不同速度设备间的时钟同步。因此，即使时钟脉冲的高、低电平时间长短不一，也能实现数据的可靠传送，可以用软件控制I/O口做I2C接口。下面就是用GMS97C2051的通用I/O口来作为I2C总线接口，并由软件控制实现数据传送的例子。

在单主控器的系统中，时钟线仅由主控器驱动，因此可以用51系列的一根I/O线作为SCL的信号线，将其设置为输出方式，并由软件控制来产生串行时钟信号。在实际系统中使用了P1.3。另一根I/O线P1.2作为I2C总线的串行数据线，可在软件控制下在时钟的低电平期间读取或输出数据。

系统传输数据的过程如下：先由单片机发出一个启始数据信号，接着送出要访问器件的7位地址数据，并等待被控器件的应答信号。当收到应答信号后，根据访问要求进行相应的操作。

如果是读入数据，则数据线可一直设为输入方式，中间不需要改变SDA线的工作方式，每读入一个字节均应依次检测应答信号；如果是输出数据，则首先将SDA设置为输出方式，当发送完一个字节后，需要改变SDA线为输入方式，此时读入被控器件的应答信号就完成了一个字节的传送。当所有数据传输完毕后，应向SDA发出一个停止信号，以结束该次数据传输