• #循循渐进学51单片机#IIC总线与EEPROM#not.13

    1、彻底理解I2C的通信时序，不仅仅是记住。

    前几章我们学了一种通信协议叫做 UART 异步串行通信，这节课我们要来学习第二种常用的通信协议 I 2 C 。 I 2 C 总线是由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，多用于连接微处理器及其外围芯片。I 2 C 总线的主要特点是接口方式简单，两条线可以挂多个参与通信的器件，即多机模式，而且任何一个器件都可以作为主机，当然同一时刻只能有一个主机。从原理上来讲，UART 属于异步通信，比如电脑发送给单片机，电脑只负责把数据通过TXD 发送出来即可，接收数据是单片机自己的事情。而 I 2 C 属于同步通信， SCL 时钟线负责收发双方的时钟节拍，SDA 数据线负责传输数据。 I 2 C 的发送方和接收方都以 SCL 这个时钟 节拍为基准进行数据的发送和接收。从应用上来讲，UART 通信多用于板间通信，比如单片机和电脑，这个设备和另外一个设备之间的通信。而 I 2 C 多用于板内通信，比如单片机和我们本章要学的 EEPROM 之间的通信.
    在硬件上，
    I 2 C 总线是由时钟总线 SCL 和数据总线 SDA 两条线构成，连接到总线上的所有器件的 SCL 都连到一起，所有 SDA 都连到一起。 I 2 C 总线是开漏引脚并联的结构，因此我们外部要添加上拉电阻。对于开漏电路外部加上拉电阻，就组成了线“与”的关系。总线上线“与”的关系就是说，所有接入的器件保持高电平，这条线才是高电平，而任何一个器件输出一个低电平，那这条线就会保持低电平，因此可以做到任何一个器件都可以拉低电平,也就是任何一个器件都可以作为主机，如图 14-1 所示，我们添加了 R63 和 R64 两个上拉电阻。
    虽然说任何一个设备都可以作为主机，但绝大多数情况下我们都是用单片机来做主机， 而总线上挂的多个器件，每一个都像电话机一样有自己唯一的地址，在信息传输的过程中， 通过这唯一的地址就可以正常识别到属于自己的信息，在 KST-51 开发板上，就挂接了 2 个 I 2 C 设备，一个是 24C02 ，一个是 PCF8591 。
    我们在学习 UART 串行通信的时候，知道了通信流程分为起始位、数据位、停止位这三 部分，同理在 I 2 C 中也有起始信号、数据传输和停止信号，如图 14-2 所示,
    从图上可以看出来， I 2 C 和 UART 时序流程有相似性，也有一定的区别。 UART 每个字 节中，都有一个起始位、8 个数据位、 1 位停止位。而 I 2 C 分为起始信号、数据传输部分、停 止信号。其中数据传输部分，可以一次通信过程传输很多个字节，字节数是不受限制的，而 每个字节的数据最后也跟了一位，这一位叫做应答位，通常用 ACK 表示，有点类似于 UART 的停止位。
    下面我们一部分一部分的把 I 2 C 通信时序进行剖析。之前我们已经学过了 UART ，所以学习 I 2 C 的过程我尽量拿 UART 来作为对比，这样有助于更好的理解。但是有一点大家要理解清楚，就是 UART 通信虽然用了 TXD 和 RXD 两根线，但是实际一次通信中， 1 条线就可 以完成，2 条线是把发送和接收分开而已，而 I 2 C 每次通信，不管是发送还是接收，必须 2条线都参与工作才能完成，为了更方便的看出来每一位的传输流程，我们把图 14-2 改进成图14-3。
    起始信号： UART 通信是从一直持续的高电平出现一个低电平标志起始位；而 I 2 C 通信的起始信号的定义是 SCL 为高电平期间， SDA 由高电平向低电平变化产生一个下降沿，表示起始信号，如图 14-3 中的 Start 部分所示。
    数据传输：首先， UART 是低位在前，高位在后；而 I 2 C 通信是高位在前，低位在后。其次，UART 通信数据位是固定长度，波特率分之一，一位一位固定时间发送完毕就可以了。而 I 2 C 没有固定波特率，但是有时序的要求，要求当 SCL 在低电平的时候， SDA 允许变化，也就是说，发送方必须先保持 SCL 是低电平，才可以改变数据线 SDA ，输出要发送的当前数据的一位；而当 SCL 在高电平的时候， SDA 绝对不可以变化，因为这个时候，接收方要来读取当前 SDA 的电平信号是 0 还是 1 ，因此要保证 SDA 的稳定，如图 14-3 中的每一位数据的变化，都是在 SCL 的低电平位置。 8 位数据位后边跟着的是一位应答位，应答位我们后 边还要具体介绍。
    停止信号： UART 通信的停止位是一位固定的高电平信号；而 I 2 C 通信停止信号的定义 是 SCL 为高电平期间， SDA 由低电平向高电平变化产生一个上升沿，表示结束信号，如图14-3 中的 Stop 部分所示。

    2、能够独立完成EEPROM任意地址的单字节读写、多字节跨页连续写入读出。

    存储器件，掉电后数据不丢失

    单字节读写

    1. #include <REGX52.H>
    2.  
    3.  
    4. extern void InitLcd1602();
    5. extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
    6. extern void I2CStart();
    7. extern void I2CStop();
    8. extern unsigned char I2CReadNAK();
    9. extern bit I2CWrite(unsigned char dat);
    10. unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr);
    11. void E2WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat);
    12.  
    13. void main()
    14. {
    15.     unsigned char dat;
    16.     unsigned char str[10];
    17. 	
    18. 	InitLcd1602();
    19. 	dat = E2ReadByte(0x02); 
    20. 	str[0] = (dat/100) + '0';  
    21.     str[1] = (dat/10%10) + '0';
    22.     str[2] = (dat%10) + '0';
    23.     str[3] = '\0';
    24.     LcdShowStr(0, 0, str);     
    25.     dat++;                    
    26.     E2WriteByte(0x02, dat);   
    27.     
    28.     while (1);
    29. }
    30. unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr)
    31. {
    32. 	unsigned char dat;
    33. 	
    34. 	I2CStart();
    35. 	I2CWrite(0x50<<1);
    36. 	I2CWrite(addr);
    37. 	I2CWrite((0x50<<1)|0x01);
    38. 	dat = I2CReadNAK(); 
    39. 	I2CStop();
    40. 	
    41. 	return dat;
    42. }
    43. void E2WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat)
    44. {
    45.     I2CStart();
    46.     I2CWrite(0x50<<1); 
    47.     I2CWrite(addr);    
    48.     I2CWrite(dat);    
    49.     I2CStop();
    50. }

     1602液晶模块

    1. #include <REGX52.H>
    2.  
    3. #define LCD1602_DB P0
    4. sbit LCD1602_RS = P1^0;
    5. sbit LCD1602_RW = P1^1;
    6. sbit LCD1602_E  = P1^5;
    7.  
    8. void LcdWaitReady()
    9. {
    10. 	unsigned char sta;
    11. 	
    12. 	LCD1602_DB = 0xff;
    13. 	LCD1602_RS = 0;
    14. 	LCD1602_RW = 1;
    15. 	do{
    16. 	LCD1602_E = 1;
    17. 	sta = LCD1602_DB;
    18.  	LCD1602_E = 0;
    19. 	}while(sta & 0x80);
    20. }
    21.  
    22. void LcdWriteCmd(unsigned char cmd)
    23. {
    24.    LcdWaitReady();
    25. 	 LCD1602_RS = 0;
    26.    LCD1602_RW = 0;
    27. 	 cmd = LCD1602_DB;
    28. 	 LCD1602_E = 1;
    29. 	 LCD1602_E = 0;
    30. }
    31.  
    32. void LcdWriteDat(unsigned char dat)
    33. {
    34.    LcdWaitReady();
    35. 	 LCD1602_RS = 1;
    36.    LCD1602_RW = 0;
    37. 	 dat = LCD1602_DB;
    38. 	 LCD1602_E = 1;
    39. 	 LCD1602_E = 0;
    40. }
    41.  
    42. void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y)
    43. {
    44.  unsigned char addr;
    45. 	if(y == 0)
    46. 		addr = 0x00 + x;
    47. 	else
    48. 		addr = 0x40 + x;
    49. 	LcdWriteCmd(addr | 0x80);
    50. }
    51.  
    52. void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str)
    53. {
    54. 		LcdSetCursor(x, y); 
    55. 	while(*str != '\0')
    56. 	{
    57. 	LcdWriteDat(*str++);
    58. 	}
    59. }
    60.  
    61. void InitLcd1602()
    62. {
    63.     LcdWriteCmd(0x38); 
    64.     LcdWriteCmd(0x0C); 
    65.     LcdWriteCmd(0x06); 
    66.     LcdWriteCmd(0x01);  
    67. }

     I2C模块

    1. #include <REGX52.H>
    2. #include <intrins.h>
    3.  
    4. #define I2CDelay()  {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
    5. sbit I2C_SCL = P3^7;
    6. sbit I2C_SDA = P3^6;
    7.  
    8. void I2CStart()
    9. {
    10.   I2C_SDA = 1;
    11. 	I2C_SCL = 1;
    12. 	I2CDelay();
    13.   I2C_SDA = 0;
    14. 	I2CDelay();
    15.   I2C_SCL = 0;
    16.  
    17. }
    18.  
    19. void I2CStop()
    20. {
    21.   I2C_SDA = 0;
    22. 	I2C_SCL = 0;
    23. 	I2CDelay();
    24. 	I2C_SCL = 1;
    25. 	I2CDelay();
    26. 	I2C_SDA = 1;
    27. 	I2CDelay();
    28. }
    29.  
    30. bit I2CWrite(unsigned char dat)
    31. {
    32. 	bit ack;
    33. 	unsigned char mask;
    34. 	
    35. 	for(mask = 0x80;mask!=0;mask>>=1)
    36. 	{
    37. 	  if((mask&dat)==0)
    38. 			I2C_SDA = 0;
    39. 		else
    40. 			I2C_SDA = 1;
    41. 		I2CDelay();
    42. 		I2C_SCL = 1;
    43. 		I2CDelay();
    44. 		I2C_SCL = 0;
    45. 	}
    46. 	I2C_SDA = 1;
    47. 	I2CDelay();
    48. 	ack = I2C_SDA;
    49. 	I2CDelay();
    50. 	I2C_SCL = 0; 
    51. 	
    52. 	return (~ack);
    53.  
    54. }
    55.  
    56. unsigned char I2CReadNAK()
    57. {
    58. 	unsigned char mask;
    59.   unsigned char dat;
    60.  
    61. 	I2C_SDA = 1;
    62.    for(mask=0x80; mask!=0; mask>>=1)
    63.     {
    64. 		    I2CDelay();
    65. 			  I2C_SCL = 1;
    66. 			if(I2C_SDA == 0)
    67. 			dat &= ~mask;
    68. 			else
    69. 				dat |= mask;
    70. 			I2CDelay();
    71. 			I2C_SCL = 0;
    72. 		}
    73. 	I2C_SDA = 1;
    74. 	I2CDelay();	
    75. 	I2C_SCL = 1;
    76. 	I2CDelay();	
    77. 		I2C_SCL = 0;
    78. 		
    79. 		return dat;
    80. 	}
    81.  
    82. unsigned char I2CReadACK()
    83. {
    84.     unsigned char mask;
    85.     unsigned char dat;
    86. 	
    87. 	I2C_SDA = 1;
    88. 	for(mask=0x80; mask!=0; mask>>=1)
    89. 	{
    90. 	   I2CDelay();
    91. 		I2C_SCL = 1;
    92. 		if(I2C_SDA == 0)
    93. 			dat &= ~mask;
    94. 		else
    95. 			dat |= mask;
    96. 		I2CDelay();
    97. 		I2C_SCL = 0;
    98. 		
    99. 		return dat;
    100. 	}
    101. }

     多字节读写

    1. #include <REGX52.H>
    2.  
    3.  
    4. extern void InitLcd1602();
    5. extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
    6. extern void I2CStart();
    7. extern void I2CStop();
    8. extern unsigned char I2CReadACK();
    9. extern unsigned char I2CReadNAK();
    10. extern bit I2CWrite(unsigned char dat);
    11. void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
    12. void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
    13. void MemToStr(unsigned char *str, unsigned char *src, unsigned char len);
    14.  
    15.  
    16. void main()
    17. {
    18.     unsigned char i;
    19. 		unsigned char buf[5];
    20.     unsigned char str[20];
    21. 	
    22. 	InitLcd1602();
    23. 	E2Read(buf, 0x90, sizeof(buf));
    24. 	MemToStr(str, buf, sizeof(buf));
    25. 	LcdShowStr(0, 0, str);
    26. 	for(i = 0;i < sizeof(buf);i++)
    27. 	{
    28. 	    buf[i] = buf[i] + 1 + i;
    29. 	}
    30.      E2Write(buf, 0x90, sizeof(buf));
    31.     while (1);
    32. }
    33.  
    34. void MemToStr(unsigned char *str, unsigned char *src, unsigned char len)
    35. {
    36.   unsigned char tmp;
    37.   while(len--)
    38. 	{
    39. 	  tmp = *src>>4;
    40. 		if(tmp <= 9)
    41. 		*str++ = tmp + '0';
    42. 		else
    43. 			*str++ = tmp - 10 +'A';
    44. 		tmp = *str & 0x0f;
    45. 		if(tmp <= 9)
    46. 			*str++ = tmp - 10 - 'A';
    47. 		*str++ =' ';
    48. 		src++;
    49. 	}
    50. 	*str = '\0';
    51. }
    52.  
    53. void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len)
    54. {
    55. 		do{
    56. 		I2CStart();
    57. 			  if (I2CWrite(0x50<<1)) 
    58.         {
    59.             break;
    60.         }
    61. 		}while(1);
    62. 	I2CWrite(addr);
    63. 	 I2CStart(); 	
    64. 		I2CWrite((0x50<<1)|0x01);
    65. 		while(len > 1)
    66. 		{
    67. 		  *buf++ = I2CReadACK();
    68. 			len--;
    69. 		}
    70. 		*buf = I2CReadACK();
    71. 		I2CStop();
    72. }
    73.  
    74. void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len)
    75. {
    76. 		while(len--)
    77. 		{
    78. 		do{
    79. 		I2CStart();
    80. 			  if (I2CWrite(0x50<<1)) 
    81.         {
    82.             break;
    83.         }
    84. 			I2CStop();
    85. 		}while(1);
    86. 		I2CWrite(addr++);
    87. 		I2CWrite(*buf++);
    88. 		I2CStop();
    89. 		}
    90. }
    1.         //按页连续写入
    2.         I2CWrite(addr);           
    3.         while (len > 0)
    4.         {
    5.             I2CWrite(*buf++);    
    6.             len--;                
    7.             addr++;               
    8.             if ((addr&0x07) == 0) 
    9.             {                    
    10.                 break;            
    11.             }
    12.         }
    13.         I2CStop();
    14.     }


    3、将前边学的交通灯进行改进，用EEPROM保存红灯和绿灯倒计时时间，并且可以通过UART改变红灯和绿灯倒计时时间。


    4、使用按键、1602液晶、EEPROM做一个简单的密码锁程序。

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