51入門系列教程| 協(xié)議協(xié)議(IIC篇)

Zmflc 2016-04-29

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從這一貼開始，和大家一起聊聊有關(guān)通訊協(xié)議,通訊協(xié)議是指單片機(jī)和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的基本準(zhǔn)則.先說(shuō)說(shuō)物理連接吧!

地球上的通訊端口，從根本上來(lái)講只有兩種:一種是串行接口，即指數(shù)據(jù)按照高地位的一定順序，一位一位分時(shí)進(jìn)行傳輸;一種是并行接口，即指所有數(shù)據(jù)，一次性同時(shí)進(jìn)行傳輸;由此可以看來(lái)，并行接口理論上的速度會(huì)比串行接口快.為了簡(jiǎn)化單片機(jī)(主)和外部設(shè)備(從)的物理連接復(fù)雜度,一般情況下會(huì)使用串行接口.而單片機(jī)內(nèi)部的總線，一般就是并行的結(jié)構(gòu).俺們這里主要聊聊串行通信,再說(shuō)協(xié)議，這個(gè)是非常重要的通信手段.

舉個(gè)栗子,咱(主機(jī))和女神(從機(jī))聊天,首先得確認(rèn)兩個(gè)原則性的東西:第一,相同的語(yǔ)言.咱說(shuō)國(guó)語(yǔ)，女神說(shuō)那美克星語(yǔ),直接后果就是雙方完全不能溝通.類比下來(lái)，就是通訊中的信號(hào)協(xié)議,必須遵循一定的信號(hào)發(fā)送接收的格式.還記得韓梅梅和李雷嗎?

韓：hi，lilei，how are you

李：fine，thank you，and you？

韓：I’m fine too，goodbye

李：goodbye

韓用英語(yǔ)先喊名字打招呼,李聽到喊自己名字且聽懂后，才會(huì)有下面的交流.這就是一次完整的通信過(guò)程,以hi開始，以goodbye結(jié)束.

第二,相同的語(yǔ)速.雖然咱和女神都說(shuō)國(guó)語(yǔ).但是咱每秒說(shuō)10個(gè)字，女神每秒只能聽見并理解5個(gè)字,這樣下來(lái)，明顯也無(wú)法正常溝通.不信你試試飛快地讀“西安”一詞,會(huì)不會(huì)有人理解成“先”一字呢?呵呵，速度快了，意思完全就不通了

拋開上面兩點(diǎn)，接下來(lái)就是一些細(xì)節(jié)內(nèi)容了,譬如，咱向女神闡述長(zhǎng)達(dá)1分鐘的故事.女神在這1分鐘內(nèi)，會(huì)隔一段時(shí)間回復(fù)一個(gè)“嗯”,來(lái)表示正在聆聽，并且做好準(zhǔn)備繼續(xù)聆聽.咱才能繼續(xù)講下去哈

反過(guò)來(lái)女神講事情給咱也是一樣,咱也得時(shí)不時(shí)回復(fù)一個(gè)“嗯”.好讓女神繼續(xù)講下去,如果換個(gè)場(chǎng)景，咱一個(gè)人(主機(jī))給多個(gè)人(多從機(jī))吹水.也基本上就是上面的過(guò)程,個(gè)人認(rèn)為一個(gè)串行通信比較重要的方面也就這么些了,下面來(lái)看看今天咱聊的具體對(duì)象IIC.

IIC，有些寫成I2C，簡(jiǎn)單讀成i方c,全稱Inter-Integrated Circuit，是由飛利浦在上世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)推廣的一種通信總線協(xié)議,呃，現(xiàn)在應(yīng)該叫恩智浦(NXP)了.它只需要兩個(gè)IO口即可構(gòu)成,一根是SCL時(shí)鐘線，有些也標(biāo)為SCK之類，說(shuō)法不一;另外一根是SDA數(shù)據(jù)線,SCL是一個(gè)單向的IO，由主機(jī)向從機(jī)發(fā)送.SDA則是條雙向IO，主機(jī)需要對(duì)其進(jìn)行讀寫操作，每次8位數(shù)據(jù).讀的時(shí)候接收數(shù)據(jù)，寫的時(shí)候發(fā)送數(shù)據(jù).

IIC的速度分為三個(gè)等級(jí):標(biāo)準(zhǔn)模式100kbit/s，快速模式400kbit/s，高速模式3.4Mbit/s.由SCL的頻率來(lái)決定.一般情況下，需要參照外圍器件的要求來(lái)決定SCL頻率.在硬件上，SDA和SCL是需要有上拉電阻,從機(jī)設(shè)備需要是OC/OD狀態(tài)，集電極開路或者漏極開路,且這個(gè)上拉電阻的取值，會(huì)對(duì)速度產(chǎn)生比較大的影響.10kohm以下比較常見，個(gè)人喜歡4.7k,IIC要求的細(xì)則很多，有興趣可以下載英文原版的手冊(cè)研讀.這里聊聊一些基本要求:

1、基本原則

SCL為高時(shí)，SDA不能亂動(dòng).SCL為低時(shí)，SDA隨便玩.SCL必須由主機(jī)控制.在尋址過(guò)程中，一次發(fā)送數(shù)據(jù)8位,其中高7位為從機(jī)地址，最后一位為讀寫標(biāo)志位.So，每個(gè)從機(jī)一個(gè)地址，一條IIC總線理論上最多掛載127個(gè)從設(shè)備.主機(jī)呼叫，從機(jī)聽到叫自己才作出回應(yīng)

2、起始信號(hào)

類似于打招呼hi，告訴別人，咱要發(fā)話了

時(shí)序圖

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SCL在高電平器件，SDA出現(xiàn)一次下降沿,也就是SDA從高電平跳變到低電平,看代碼:

void start()
{
SDA=1; //SDA拉高
delay();
SCL=1; //SCL拉高
delay();
SDA=0; //SDA拉低，出現(xiàn)一次下降沿，形成起始信號(hào)
delay();
SCL=0; //SCL拉低
delay();
}

3、停止信號(hào)

時(shí)序圖

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類似于再見goodbye，告訴別人交流結(jié)束,SCL高電平期間，SDA由低電平跳變到高電平 ,也就是出現(xiàn)一次上升沿 ,看代碼:

void stop()
{
SDA=0; //SDA拉低
delay();
SCL=1; //SCL拉高
delay();
SDA=1; //SDA拉高，出現(xiàn)一次上升沿
delay();
}

4、應(yīng)答信號(hào)

應(yīng)答信號(hào)有兩類:一類是主機(jī)發(fā)送給從機(jī)的，另一類是從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的,出現(xiàn)在8位數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，第九個(gè)時(shí)鐘到來(lái)之時(shí),應(yīng)答信號(hào)一般稱為ACK信號(hào).至于NACK(非應(yīng)答信號(hào))，其實(shí)就是ACK的另一種說(shuō)法,時(shí)序圖:

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表示從機(jī)已經(jīng)收到之前傳輸?shù)?位數(shù)據(jù),簡(jiǎn)單點(diǎn)理解，就是女神的“嗯”(邪惡了!!!!!!!) .這個(gè)需要由主機(jī)讀取SDA的值，來(lái)判斷是否有ACK信號(hào).看代碼:

bit respons()
{
bit temp=0;
SDA=1; //主機(jī)將SDA拉高，釋放SDA控制權(quán)(SDA是上拉到電源的喲)
delay();
SCL=1; //SCL拉高
delay();
temp = SDA; //讀取SDA的值，賦給temp
SCL=0; //SCL拉低
delay();
return temp; //返回temp值
}

So，temp=1的話，是個(gè)NACK信號(hào)，從機(jī)無(wú)響應(yīng) ,temp=0的話，則是個(gè)ACK信號(hào)咯,那就可以認(rèn)為，從機(jī)已經(jīng)接收到主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)了.

5、數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程

每次傳遞8位的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)啥時(shí)候發(fā)送呢 ?看時(shí)序圖:

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So easy ,SCL高電平期間，保持SDA數(shù)據(jù)穩(wěn)定，就是1位數(shù)據(jù)傳過(guò)去了 .SCL低電平期間，SDA可以進(jìn)行數(shù)據(jù)變化...瞧代碼:

void wr_byte(uchar date)
{
uchar i;
for(i=0;i<>
{
date=date<1;>
SDA=CY; //將左移進(jìn)位信號(hào)1或0賦給SDA，詳見REG51.h中SY寄存器
delay();
SCL=1; //SDA穩(wěn)定后，SCL拉高
delay();
SCL=0; //SCL拉低
delay();
}
}

上面2-4肢解了IIC一次數(shù)據(jù)通信過(guò)程,就這么些.但是不同的IIC設(shè)備，讀寫時(shí)序略有不同,咱來(lái)看些具體的例子吧!正好手頭上有塊24C08

51入門系列教程| 協(xié)議協(xié)議(IIC篇) 看看這貨的地址情況

51入門系列教程| 協(xié)議協(xié)議(IIC篇) 8位尋址數(shù)據(jù)，最后一位為讀寫標(biāo)志位，0寫1讀,D7-D1為地址位，其中高四位固定為1010,B2、B1、B0可操作.但是注意一下，對(duì)于24C08而言，B2位是由外部管腳確定的，寫無(wú)效.也就是說(shuō)，一條IIC總線上可以掛2個(gè)24C08，B2為0或者1.而其他，特別是24C02，B0、B1、B2都是由外部管腳確定，可掛8片.不過(guò)24c08可以軟件操作B1和B0.B1B0=00時(shí)，指向block0的256個(gè)字節(jié)空間.后面依次類推.總共有4x256=1024k字節(jié)=8kbit.所以叫做24c08，呵呵。在寫尋址的時(shí)候，地址為0xa1.在讀尋址的時(shí)候，地址為0xa0.看看這貨的操作過(guò)程

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其他細(xì)節(jié)，可以參考數(shù)據(jù)手冊(cè) ,動(dòng)手?jǐn)]代碼:

#include
#include
#define uint unsigned int /*宏定義*/
#define uchar unsigned char /*宏定義*/
uchar WRDADDS= 0xa0 ; /*I2C器件地址，尋址寫*/
uchar RDDADDS =0xa1 ; /*I2C器件地址，尋址讀*/
sbit SDA = P1^0; /*數(shù)據(jù)線*/
sbit SCL = P1^1; /*時(shí)鐘線*/
sbit LED = P1^3;
void Write(uchar address,uchar date); /*向24c02的地址address中，寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)date*/
uchar Read(uchar address); /*從24c02的地址address中，讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（返回值）*/
void wr_byte(uchar date); /*I2C總線寫一個(gè)字節(jié)（有參數(shù)）*/
uchar rd_byte(); /*I2C總線讀一個(gè)字節(jié)（返回值）*/
void start(); /*啟動(dòng)I2C總線*/
void stop(); /*停止I2C總線*/
bit respons(); /*I2C總線應(yīng)答信號(hào)檢查*/
void delay(); /*延時(shí)微秒*/
void delayms(uint xms); /*延時(shí)毫秒*/
/*向24c02的地址address中,寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)date*/
void Write(uchar address,uchar date)
{
start(); //啟動(dòng)信號(hào)
wr_byte(WRDADDS); //I2C器件地址，尋址寫
while(respons()); //等待應(yīng)答信號(hào)
wr_byte(address); //選擇單元地址
while(respons()); //等待應(yīng)答信號(hào)
wr_byte(date); //寫數(shù)據(jù)
while(respons()); //等待應(yīng)答信號(hào)
stop(); //停止信號(hào)
}
/*從24c02的地址address中讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)*/
uchar Read(uchar address)
{
uchar temp;
start(); //開始信號(hào)
wr_byte(WRDADDS); //I2C器件地址，尋址寫
while(respons()); //等待應(yīng)答信號(hào)
wr_byte(address); //選擇單元地址信號(hào)
while(respons()); //等待應(yīng)答信號(hào)
start(); //重發(fā)啟動(dòng)信號(hào)
wr_byte(RDDADDS); //I2C器件地址，尋址讀
while(respons()); //等待應(yīng)答信號(hào)
temp = rd_byte(); //讀數(shù)據(jù)(函數(shù)返回值)
stop(); //停止信號(hào)
return temp;
} /*啟動(dòng)I2C總線*/
void start()
{
SDA=1;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=0;
delay();
SCL=0;
delay();
}
/*停止I2C總線*/
void stop()
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;
delay();
}
/*I2C總線應(yīng)答信號(hào)檢查*/
bit respons()
{
bit temp=0;
SDA=1;
delay();
SCL=1;
delay();
temp = SDA;
SCL=0;
delay();
return temp;
}
/*I2C總線寫一個(gè)字節(jié)*/
void wr_byte(uchar date)
{
uchar i;
for(i=0;i<>
{
date=date<>
SDA=CY;
delay();
SCL=1;
delay();
SCL=0;
delay();
}
}
/*I2C總線讀一個(gè)字節(jié)*/
uchar rd_byte()
{
uchar i,temp;
for(i=0;i<>
{
SCL=1;
delay();
temp=(temp<>
delay();
SCL=0;
delay();
}
return temp;
}
/*NOP延時(shí)函數(shù)*/
void delay()
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
/*延時(shí)函數(shù)*/
void delayms(uint xms)
{
uint i,j;
for(i=0;i<>
for(j=0;j<>
}
void main()
{
uchar num,x;
uint i,count1,count2;
LED = 1;
for(i=0;i<1024;i++)>
count2++;
if(i<256)>
Write(i,i);
delayms(20);
num = Read(i);
if(num==i)
{
count1++;
LED = ~LED;
}
}
if((256<><=512))>
x = (i-256);
WRDADDS = 0xa2;
RDDADDS = 0xa3;
Write(x,x);
delayms(20);
num = Read(x);
if(num==x)
{
count1++;
LED = ~LED;
}
}
if((512<><=768))>
x = (i-512);
WRDADDS = 0xa4;
RDDADDS = 0xa5;
Write(x,x);
delayms(20);
num = Read(x);
if(num==x)
{
count1++;
LED = ~LED;
}
}
if((768<><1024))>
WRDADDS = 0xa6;
RDDADDS = 0xa7;
x = (i-768);
Write(x,x);
delayms(20);
num = Read(x);
if(num==x)
{
count1++;
LED = ~LED; }
}
}
if(count1==count2)
{LED=0;}
else{LED = 1;}
while (1)
{
}
}

可以參照對(duì)比上面的時(shí)序,把代碼簡(jiǎn)單讀一下.寫得比較隨意，了解一下大概過(guò)程即可.尤其是Read和Write兩個(gè)函數(shù).大致功能就是把24C08所有的存儲(chǔ)單元都進(jìn)行一次讀寫同時(shí)blink.如果每個(gè)單元寫入和讀出的數(shù)據(jù)相同，最后LED點(diǎn)亮.上個(gè)GIF

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有些時(shí)候咱操作的不一定是EEPROM,還有一些其他傳感器器件 ,正好手頭上有塊TMP75B:

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很早以前向TI申請(qǐng)的樣片,溫度傳感器 ,看看這貨的地址和讀寫時(shí)序吧

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A0-A2均可由外部管腳確定，不過(guò)高4位固定為1001,tmp75b地址寫為0x90，地址讀為0x91

51入門系列教程| 協(xié)議協(xié)議(IIC篇) 因?yàn)門MP75B需要16位來(lái)完成溫度的讀取,所以需要連續(xù)讀2個(gè)字節(jié)來(lái)獲得溫度值.注意紅圈內(nèi)的時(shí)序要求.在多字節(jié)傳輸?shù)臅r(shí)候，每個(gè)字節(jié)傳輸結(jié)束后，主機(jī)需要發(fā)送一個(gè)ACK.也就是SCL高電平期間，SDA保持低電平.表示接收到了一個(gè)8位數(shù)據(jù).然后將SDA拉高.簡(jiǎn)單修改一下上面的代碼,完成連續(xù)讀的操作.

#define WRDADDS 0x90 ; /*宏定義I2C器件tmp75b地址，尋址寫*/
#define RDDADDS 0x91 ; /*宏定義I2C器件tmp75b地址，尋址讀*/
void ack_master()
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SCL=0;
delay();
SDA=1;
delay();
}
uint Read_temprature(uchar address)//連續(xù)讀2個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)
{
uint temp;
start(); //開始信號(hào)
wr_byte(WRDADDS); //I2C器件地址，尋址寫
while(respons()); //應(yīng)答信號(hào)
wr_byte(address); //選擇單元地址信號(hào)
while(respons()); //應(yīng)答信號(hào)
stop();
start(); //重發(fā)啟動(dòng)信號(hào)
wr_byte(RDDADDS); //I2C器件地址，尋址讀
while(respons()); //應(yīng)答信號(hào)
temp = rd_byte()<8;>
ack_master();
temp |= rd_byte(); //低8位數(shù)據(jù)
ack_master();
stop(); //停止信號(hào)
return temp;
}
void main()
{
float temprature;
LED = 1; //熄滅LED
while (1)
{
Write(0x00,0x00);
delayms(20);
nums = Read_temprature(0x00); //獲取16位溫度HEX
temprature = (nums>>4)*0.0625; //換算溫度值
if(temprature>25.0){LED = 0;} //如果溫度大于25，點(diǎn)LED
else {LED = 1;} //否則熄滅
}
}

看看

Read_temprature

函數(shù)，是不是和貼圖的時(shí)序一致呢?代碼基本功能就是,通過(guò)IIC與傳感器TMP75B通信.獲取溫度信息

如果超過(guò)25度就點(diǎn)亮LED, 否則熄滅LED!上GIF:

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好累!這次就先到這里.

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