如何在 HC89S103K6T6 上实现 I2C 通信？

只看该作者 · 2024-11-29 12:20

在 HC89S103K6T6（基于 8051 内核的 8 位微控制器）上实现 I2C 通信，需要了解几个重要方面：HC89S103K6T6 的硬件资源、I2C 总线的协议、以及如何通过编程来配置和使用 I2C。

由于 HC89S103K6T6 本身并没有内置的硬件 I2C 控制器（即没有硬件支持的 I2C 接口），因此我们需要通过软件模拟（即软件I2C）来实现 I2C 通信。以下是一步步的详细解析：

1. I2C 总线协议概述
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种广泛使用的串行总线协议，用于低速设备之间的通信。它使用两条线进行通信：

SCL（时钟线）：由主设备控制，确定数据传输的时序。
SDA（数据线）：数据线，传输数据。
I2C 总线使用主从模式，其中主设备负责生成时钟信号，并发起数据的读写操作。

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HC89S103K6T6的硬件连接
HC89S103K6T6 并不自带硬件 I2C 接口，因此我们需要使用普通的 GPIO（通用输入输出）口来模拟 I2C 信号。通常，您可以选择两个 I/O 引脚分别作为 SCL 和 SDA。假设我们选择：

SCL 连接到 P1.0 引脚
SDA 连接到 P1.1 引脚

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I2C 协议的实现
I2C 通信需要通过控制时钟（SCL）和数据线（SDA）来完成数据的发送与接收。在软件模拟 I2C 时，我们必须手动生成这些时钟信号，并控制数据的传输。

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实现步骤
4.1. 初始化 GPIO 引脚
首先，我们需要初始化 GPIO 引脚。将 P1.0 和 P1.1 设置为输出模式。

c
复制代码
void I2C_Init() {
P1 &= ~(0x03); // 清除 P1.0 和 P1.1 的值
P1 |= 0x03; // 设置 P1.0 和 P1.1 为推挽输出模式
}

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延时函数
I2C 协议对时序非常敏感，因此我们需要精确的延时来生成正确的时钟脉冲。在这里，我们使用一个简单的延时函数。

c
复制代码
void I2C_Delay() {
unsigned int i;
for (i = 0; i < 100; i++) {
// 简单的延时循环
}
}

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发送 START 信号
I2C 通信开始时，主设备需要发送一个 START 信号。START 信号是指 SDA 从高电平跳变到低电平时，SCL 保持高电平。

c
复制代码
void I2C_Start() {
SDA = 1;  // 确保 SDA 是高电平
SCL = 1;  // 确保 SCL 是高电平
I2C_Delay();
SDA = 0;  // 在 SCL 高电平时将 SDA 拉低，产生 START 信号
I2C_Delay();
SCL = 0;  // 将 SCL 拉低，开始传输
}

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发送 STOP 信号
I2C 通信结束时，主设备需要发送一个 STOP 信号。STOP 信号是指 SDA 从低电平跳变到高电平时，SCL 保持高电平。

c
复制代码
void I2C_Stop() {
SCL = 0;  // 确保 SCL 为低电平
SDA = 0;  // 将 SDA 拉低
I2C_Delay();
SCL = 1;  // 将 SCL 拉高
I2C_Delay();
SDA = 1;  // 在 SCL 高电平时将 SDA 拉高，产生 STOP 信号
}

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发送 STOP 信号
I2C 通信结束时，主设备需要发送一个 STOP 信号。STOP 信号是指 SDA 从低电平跳变到高电平时，SCL 保持高电平。

c
复制代码
void I2C_Stop() {
SCL = 0;  // 确保 SCL 为低电平
SDA = 0;  // 将 SDA 拉低
I2C_Delay();
SCL = 1;  // 将 SCL 拉高
I2C_Delay();
SDA = 1;  // 在 SCL 高电平时将 SDA 拉高，产生 STOP 信号
}

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发送数据位
在 I2C 协议中，每一位数据都由主设备逐位发送，SDA 在 SCL 的每个上升沿处传输数据。我们需要实现一个函数来发送单个数据位。

c
复制代码
void I2C_SendBit(unsigned char bit) {
if (bit) {
      SDA = 1;  // 发送 1
} else {
      SDA = 0;  // 发送 0
}
I2C_Delay();
SCL = 1;  // 生成时钟脉冲
I2C_Delay();
SCL = 0;  // 时钟脉冲结束
}

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发送字节
I2C 数据是以字节（8位）为单位传输的。我们可以将一个字节分成 8 位，然后逐位发送。

c
复制代码
void I2C_SendByte(unsigned char byte) {
unsigned char i;
for (i = 0; i < 8; i++) {
      I2C_SendBit(byte & 0x80);  // 发送最高位
      byte <<= 1;  // 左移，准备发送下一位
}
I2C_Delay();
SDA = 1;  // 释放数据线（等待应答）
SCL = 1;  // 产生时钟脉冲
I2C_Delay();
SCL = 0;
}

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接收字节
接收字节时，需要逐位读取 SDA 的值，并在每个时钟周期后读取数据。

c
复制代码
unsigned char I2C_ReceiveByte() {
unsigned char i, byte = 0;
SDA = 1;  // 设置 SDA 为输入
for (i = 0; i < 8; i++) {
      SCL = 1;  // 产生时钟脉冲
      I2C_Delay();
      byte <<= 1;
      if (SDA) {
         byte |= 0x01;  // 读取 SDA 的值
      }
      SCL = 0;  // 时钟脉冲结束
}
return byte;
}

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组合实现：发送数据
结合以上函数，可以发送一个数据包（例如一个字节）到一个 I2C 设备。例如，发送一个字节到 I2C 从设备：

c
复制代码
void I2C_WriteByte(unsigned char slaveAddr, unsigned char data) {
I2C_Start();  // 发送开始信号
I2C_SendByte(slaveAddr);  // 发送从设备地址，假设是写操作（写 0）
I2C_SendByte(data);  // 发送数据
I2C_Stop();  // 发送停止信号
}

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总结
硬件连接：选择两个 GPIO 引脚作为 SDA 和 SCL。
时序控制：通过软件模拟 I2C 时序，包括 START、STOP、数据位和时钟脉冲。
功能实现：通过逐位发送和接收数据来实现 I2C 协议。
I2C 通信的基本操作：发送 START、STOP 信号，以及数据字节。
这种软件模拟 I2C 的方法虽然较慢，但对于低速和简单的 I2C 应用（如与传感器或 EEPROM 通信）来说是足够的。如果需要更高性能的 I2C 通信，可以考虑选择具有硬件 I2C 控制器的 MCU。