小白菜的IIC学习之路

只看该作者 · 2012-8-24 16:37

本帖最后由 3htech 于 2012-8-24 16:45 编辑

小白菜的IIC学习之路

标准模式IIC模拟总线编写

一，为了那“可恶”的目的
2011年初，小白菜的工作比较清闲了，于是小白菜就开始IIC学习之路。
之前在用IIC总线（口线模拟）时，总感觉IIC移植时不够简介易懂，使用时，函数不能够适应所有IIC操作，于是小白菜想改写一下IIC总线操作，使之成为真正的万能IIC总线驱动。于是小白菜找到目标了：
一是编写一个移植性极其好的IIC总线操作，只需要简单的改动就能完成移植。
二是编写两个函数，一个是向器件发送数据函数，一个是从器件中读取数据函数。并且这两个函数真正适应所有不同的IIC器伯的操作。

二，过程抽象
为了达到以上的目的，小白菜需要先对IIC进行一次抽象。

1 单片机向器件发送数据时的抽象过程
（这里的抽象指的是抽象出不依赖具体器件的IIC操作）

发送时的流程：
(1)  MCU启动总线
(2)  发送器件IIC地址  à
接收ACK信号
(3)  发送寄存器地址1 à
接收ACK信号 à [发送寄存器地址2  à
接收ACK信号]
有些器件可能没有寄存器地址（小白菜还没有遇到过），所以该步可能不需要。
(4)    发送数据1  à
接收ACK信号
à
发送数据2  à
接收ACK信号
à
发送数据3  à
接收ACK信号
……
(5) MCU关闭总线，发送完成。

我们来具体的分析一下，
第(1)步启动总线，
第(2)步发送1B数据（IIC地址），接收一个ACK信号
第(3)步发送1B数据（寄存器地址1），接收一个ACK信号，发送1B数据（寄存器地址2），接收一个ACK信号
第(4)步发送1B数据（数据1），接收一个ACK信号，发送1B数据（数据2），接收一个ACK信号……
第(5)步关闭总线

写到这里，有些人可能看出来了，其实发送时不论数据或地址，都是一个相同过程，启动总线后，MCU发送一个字节，等一个ACK信号，再发送一个字节，等一个ACK信号，发送……，哎、发送完了，得了，关闭总线。

继续进行抽象，我们可以把第(2)、(3)、(4)步进行合并，得到IIC写操作抽象：

第(1)步启动总线，
第(2) (3) (4)步发送1B数据，接收一个ACK信号，直到发送完成
第(5)步关闭总线

到这里之后，似乎是大功告成了，但是小白菜一想，这么多数据，参数肯定是用指针+数据字节数还进行传递，可是像读写EEPROM这样的器件，地址就丙三字节，但一次写入的数据可能有很多个字节，于是小白菜把(2) (3) 合在一起，把数据发送部分(4)单独拿出来。

小白菜得到了最终的IIC写操作的抽象
第(1)步启动总线，
第(2) (3)步发送1B数据，接收一个ACK信号，直到发送完成（发送地址）
第(4)步发送1B数据，接收一个ACK信号，直到发送完成
（发送数据）
第(5)步关闭总线

小白菜据此写出了函数名及形参和流程图（就是上面的抽象，所以嘛，就不写了）。

extern uint8 IIC_MCU_Send_Str(uint8 *PAddr,uint8 AddrNum, uint8 *PDataAddr, uint16 DataNum)
*PAddr ：I第1批发送的数据的首地址。这部分IC地址以及子地址。PAddr[0]中存放IIC地址，后面的存放子地址。
AddrNum ：IIC以及子地址的字节数。不可为0.
*PDataAddr ：第2批发送的数据的首地址。这部分是发送的数据。
DataNum  ：第2批要发送的字节数(最大为65536个字节)。为0时不发送这一部分。

2单片机从有寄存器的IIC器件读取数据时的抽象过程：
发送时的流程：
(1) MCU启动总线

(2)  发送器件IIC地址 à
接收ACK信号
(3)  发送寄存器地址1 à
接收ACK信号 à [发送寄存器地址2 à
接收ACK信号]
有些器件可能没有寄存器地址（小白菜还没有遇到过），所以该步可能不需要。

(4) MCU重新启动总线
(5)  发送器件IIC地址（最低位置1以表明是读操作） à
接收ACK信号

(6)
接收数据1  à
发送ACK信号

接收数据2  à
发送ACK信号
接收数据3  à
发送ACK信号
……
(7)  接收最后一字节数据
à
发送非ACK信号

(8)  MCU关闭总线，接收完成。

根据该流程，我们可以清楚地得到读取时的抽象：
第(1)步 MCU启动总线
第(2) (3) 步
发送1B数据，接收一个ACK信号，直到发送完成（发送地址）
第(4) 步 MCU重新启动总线
第(5) 步
发送器件IIC地址（最低位置1以表明是读操作） à
接收ACK信号
第(6) 步
接收前面的字节，发送ACK信号
第(7) 步
接收最后一字节数据，发送非ACK信号
第(8) 步 MCU关闭总线，接收完成。

虽然这里步骤多了，但是，函数参数也用不了几个，首先要知道地址吧，还要知道数据读出来后存放在哪里吧，小白菜想了想，这个函数的参数和写操作函数的参数一样就行了，
于是小白菜据写出了函数名及形参和流程图（就是上面的抽象，所以嘛，你懂得）
extern uint8 IIC_MCU_Rcv_Str(uint8 *PAddr,uint8 AddrNum,  uint8 *PDataAddr, uint16DataNum)

*PAddr ：发送的数据的首地址。这部分IC地址以及子地址。PAddr[0]中存放IIC地址，后面的存放子地址。
AddrNum ：IIC以及子地址的字节数。不可为0.
*PDataAddr ：存放所接收数据的首地址
DataNum  ：要接收的字节数。

三 奋笔疾书 + 代码移植

小白菜开始了写代码了。因为是小白菜嘛，所以一开始也不知道哪些地方在移植时需要修改，于是就开始先写代码，可能在写的时候就能知道了。写啊写，写啊写，终于让小白菜写完了。

写着写着还真让小白菜找出了哪里需要移植了。口线需要更改吧，不同的单片机，头文件不一样吧，还得有延时函数需要改吧……

于是小白菜把在移植时需要更改的地方做了一个“表”，放在H文件中的“移植修改”部分。这样，在修改时就可以只修改H文件中的一个地方，就能快速的完成移植。

现在想想，小白菜有的时候也不是那么菜嘛（偷笑ing）。

到现在为止，小白菜的目的已经达到了。突然，后背一凉，心里一个想法冒出来了，刚写完的代码还没测试就飘飘然了！哎，被胜利冲昏了头脑。于是小白菜自已测试了一番，Bug还真是有，改改更健康～～

只看该作者 · 2012-8-24 16:38

四 使用说明
4.1 移植修改
移植修改都在H文件中的移植修改部分。下面进行具体说明。

//----------------------------------------------------------------------------//
// 编号：1
// 名称：
// 功能：单片机寄存器头文件，例如reg51.h
//----------------------------------------------------------------------------//
#include "ATT703x.H"

4.1.1
这部分是请您把使用的单片机的头文件包含进来。大虾们用过MCU多了，知道不同的MCU，其寄存器定义是不一样滴，不是所有的51单片机都用Reg51.H或Reg52.H头文件的。

//----------------------------------------------------------------------------//
// 编号：2
// 名称：SDA， SCL
// 功能：模拟I2C数据传送位
//----------------------------------------------------------------------------//
#if defined(IIC_IO_ENABLE)
sbit SDA = P0^0; // 模拟I2C数据传送位。
sbit SCL = P2^6; // 模拟I2C时钟控制位。
#endif

4.1.2
SDA和SCL口线定义。这里就是您用的口线，如果您告诉我您不知道怎么改，好吧，你赢了……

//----------------------------------------------------------------------------//
// 编号：3
// 名称：IIC_Delay_1US()
// 功能：精确的1微秒延时函数。请根据您所用的单片机来正确设置。
//    ：如果您的系统中有精确的微妙级延时函数，那么您可以直接使用。
//    ：例如，您的延时函数是Delay_1us()，那么您可以使用下句
//    ：#defineIIC_Delay_1us()  Delay_1us()
//    ：来实现延时。
//----------------------------------------------------------------------------//
#defineIIC_Delay_500ns() _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
#define IIC_Delay_1US() IIC_Delay_500ns();IIC_Delay_500ns();

4.1.3软件延时函数，这里是标准IIC，不是快速IIC。1us的延时怎么做呢？当然是nop函数了。如果您不知道一个nop的执行时间，那么说明您需要好好看看手册了。
4.1.4
好多单片机都需要设置时钟，设置GPIO状态，所以在使用IIC之前，请一定确保MCU先初始化完毕。

4.2 函数说明

4.2.1 MCU向IIC器件发送多字节数据函数
//----------------------------------------------------------------------------//
//                   MCU向IIC器件发送多字节数据函数（对外提供服务）

//函数名称：IIC_MCU_Send_Str
//函数功能：MCU向IIC从器件发送多字节数据。本函数是写IIC从器件的抽象函数。
//入口参数：
// *PAddr： IIC地址以及子地址。PAddr[0]中存放IIC地址，后面的存放子地址。
//  AddrNum ： IIC以及子地址的字节数。不可为0.
//
//  *PDataAddr：第2批发送的数据的首地址。这部分是发送的数据。
// DataNum ：
第2批要发送的字节数(最大为65536个字节)。为0时不发送这一部分。
//出口参数：0 = 操作成功，1 = 操作出错。
//重要说明：这是一个从启动IIC总线到发送数据再到最后结束总线为止的完整的发送过程。
//       数据发送的顺序是先发送PAddr[0]，最后发送PAddr[AddrNum - 1],然后发送
//       PDataAddr[0]，最后发送PDataAddr[DataNum - 1]。
//       一般地，PAddr用于发送器件IIC地址和子地址，PDataAddr用于发送数据。
//       本函数对有无子地址的IIC器件都适用。
//----------------------------------------------------------------------------//
extern uint8 IIC_MCU_Send_Str(uint8 *PAddr,uint8 AddrNum, uint8 *PDataAddr, uint16 DataNum)

应用示例：
从0x00字节地址开始写AT24C02，写入10个字节数（这里不考虑页写等待，因为和IIC写无关），这10B数据存放在unsigned char Buf[10]中，写入时要求Buf[0]写入0x00字节地址，Buf[1]写入0x01字节地址……。
A2、A1、A0全接地。（有人说我没说明WP的接法……我只有一个问题，你是来砸场子的么！！！）

首先组织IIC地址，设置一数组unsigned char Addr[2]，其中Addr[0] = 0xA0，Addr[1] = 0x00;
Addr [0]中存放的是(二进制表示)  1  0 1 0    A2  A1  A0  0（LSB）
Addr [1]中存放的是(二进制表示)  a7 a6  a5  a4 a3 a2  a1  a0（LSB）

调用时 IIC_MCU_Send_Str(Addr,2,  Buf, 10);
您还应当查看一下函数的返回值，是0表示操作成功，否则操作失败。

4.2.1 MCU从有子地址的IIC器件中接收多字节函数

//----------------------------------------------------------------------------//
//             MCU从有子地址的IIC器件中接收多字节函数（对外接口）

//函数名称：IICMCURcvStr
//函数功能：本函数用于有子地址的IIC器件的读操作。
//入口参数：
//    *PAddr： IIC地址以及子地址。PAddr[0]中存放IIC地址，后面的存放子地址。
//    AddrNum ：  IIC以及子地址的字节数。为0时出错.
//    *PDataAddr：存放所接收数据的首地址
//    DataNum ：
要接收的字节数。合法值1-65535。为0时出错。
//
//出口参数：0 = 操作成功，1 = 操作出错。
//重要说明：
// 读取的第一个数据存放在PDataAddr[0]中，第一个存放在PDataAddr[1]中……
// 有子地址的IIC器件的读操作是：
// MCU先启动总线，然后发送器件的IIC地址和需要操作的子地址
//（这一部分就是*PAddr），之后重新启动总线，再次发送器件的IIC地址且最低位置1以表明是读
// 操作，等待应答后便开始接收数据（这一部分是*PDataAddr），最后关闭总线。
//----------------------------------------------------------------------------//

extern uint8 IIC_MCU_Rcv_Str(uint8 *PAddr,uint8 AddrNum,  uint8 *PDataAddr, uint16DataNum)

读取的第一个数据存放在PDataAddr[0]中，第一个存放在PDataAddr[1]中……

应用示例：
从0x00字节地址开始读AT24C02，读10个字节数并且存放在unsignedchar Buf[10]中，
A2、A1、A0全接地。（有人说我没说明WP的接法……还提这个问题！！）

首先组织IIC地址，设置一数组unsigned char Addr[2]，其中Addr[0] = 0xA0，Addr[1] = 0x00;
Addr [0]中存放的是(二进制表示)  1  0 1 0    A2  A1  A0  0（LSB）
Addr [1]中存放的是(二进制表示)  a7 a6  a5  a4 a3 a2  a1  a0（LSB）

调用时 IIC_MCU_Rcv_Str(Addr, 2,  Buf,  10);
这样，Buf[0]是读取到的0x00字节地址的数据，Buf[1]是0x01字节地址的数据……

您还应当查看一下函数的返回值，是0表示操作成功，否则操作失败。

五 最后的废话

好吧，有人会说这个实现的有点罗嗦，不如直接以IIC地址，寄存器地址做参数来的方便；虽然有时候我也这么觉得。
但是、但是、但是什么呢？下期见！