原创 基于51单片机的I2C总线

基于51单片机的I²C总线<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

    I²C(Inter Intergrated Circuit)总线是Philips公司推出的一种用于IC器件之间连接的二线制串行扩展总线，它通过两根信号线(SDA-串行数据线；SCL-串行时钟线)在连接到总线上的器件之间传送数据，并根据地址来识别每个器件。

51单片机一般并没有在硬件中集成这种新的接口，所以要用软件来进行模拟。

1  硬件设计

24CXX系列串行E²PROM是常用的I²C串行E²PROM，正被广泛地用在各种智能仪器仪表当中。本例就是将一组数据写入24C02C中，然后读出并在LCD上显示，其电路如下图所示。

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

在桌面上双击图标，打开ISIS 7 Professional窗口（本人使用的是v7.4 SP3中文版）。单击菜单命令“文件”→“新建设计”，选择DEFAULT模板，保存文件名为“IIC.DSN”。在器件选择按钮中单击“P”按钮，或执行菜单命令“库”→“拾取元件／符号”，添加如下表所示的元件。

若用Proteus软件进行仿真，则上图中的晶体、U1的复位电路和U1的31脚可以不画，它们大都是默认的。

在ISIS原理图编辑窗口中放置元件，再单击工具箱中元件终端图标，在对象选择器中单击POWER或GROUND放置电源或地。放置好元件后，布好线。左键双击各元件，设置相应元件参数，完成电路图的设计。

2  软件设计

将若干个数据写入24C02C中,然后读出并在LCD上显示，其流程图如下所示。

将32个数据写入24C02C中，然后再读出并用1602LCD显示。本例主要目的是如何用软件模拟I²C总线对24C02C进行读、写，其详细的C51程序如下所示。

#include<reg51.h>       //包含单片机寄存器的头文件

#include<intrins.h>     //包含_nop_()函数定义的头文件

sbit RS="P2"^0;           //(LCD)寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚

sbit RW="P2"^1;           //(LCD)读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚

sbit E="P2"^2;            //(LCD)使能信号位，将E位定义为P2.2引脚

sbit BF="P0"^7;           //(LCD)忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚

#define OP_READ 0xa1 // (IIC)器件地址以及读取操作,0xa1即为1010 0001B

#define OP_WRITE 0xa0// (IIC)器件地址以及写入操作,0xa0即为1010 0000B

sbit SDA="P1"^1;          //(IIC)将串行数据总线SDA位定义在为P1.1引脚

sbit SCL="P1"^0;          //(IIC)将串行时钟总线SDA位定义在为P1.0引脚

unsigned char code string[ ]={"0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUV"};

//定义字符数组显示数字和字母

/*****************************************************

函数功能：延时1ms

(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒

***************************************************/

void delay1ms()

{

    unsigned char i,j;  

    for(i=0;i<10;i++)

    for(j=0;j<33;j++)

       ;      

}

/*****************************************************

函数功能：延时若干毫秒

入口参数：n

***************************************************/

 void delaynms(unsigned char n)

{

    unsigned char i;

    for(i=0;i<n;i++)

    delay1ms();

}

/******************************

以下是对液晶模块的操作程序

*******************************/

/************************************************

函数功能：判断液晶模块的忙碌状态

返回值：result。result=1，忙碌;result=0，不忙

*************************************************/

bit BusyTest(void)

{

    bit result;

    RS=0;       //根据规定，RS为低电平，RW为高电平时，可以读状态

    RW=1;

    E=1;        //E=1，才允许读写

    _nop_();   //空操作

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();   //空操作四个机器周期，给硬件反应时间 

    result=BF;  //将忙碌标志电平赋给result

   E=0;         //将E恢复低电平

   return result;

}

/*****************************************************

函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块

入口参数：dictate

***************************************************/

void WriteInstruction (unsigned char dictate)

{  

    while(BusyTest()==1);   //如果忙就等待

    RS=0;            //根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令

    RW=0;  

    E=0;                   //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，

                         // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"

    _nop_();

    _nop_();               //空操作两个机器周期，给硬件反应时间

    P0=dictate;            //将数据送入P0口，即写入指令或地址

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();               //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=1;                   //E置高电平

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();               //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=0;          //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令

}

/*****************************************************

函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块

入口参数：y(为字符常量)

***************************************************/

void WriteData(unsigned char y)

{

    while(BusyTest()==1); 

    RS=1;           //RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据

    RW=0;

    E=0;            //E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲，

                       // 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置"0"

    P0=y;           //将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();       //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=1;          //E置高电平

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();

    _nop_();        //空操作四个机器周期，给硬件反应时间

    E=0;            //当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令

}

/*****************************************************

函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置

***************************************************/

void LcdInitiate(void)

{

    delaynms(15);            //首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间

WriteInstruction(0x38);    

//显示模式设置：16×2显示，5×7点阵，8位数据接口

    delaynms(5);                //给硬件一点反应时间

    WriteInstruction(0x38);

    delaynms(5);

    WriteInstruction(0x38);     //连续三次，确保初始化成功

    delaynms(5);

    WriteInstruction(0x0c);    

//显示模式设置：显示开，无光标，光标不闪烁

    delaynms(5);

    WriteInstruction(0x06);     //显示模式设置：光标右移，字符不移

    delaynms(5);

    WriteInstruction(0x01);     //清屏幕指令，将以前的显示内容清除

    delaynms(5);

}

/********************************

以下是对24C02的读写操作程序

*********************************/

/*******************************

函数功能：开始数据传送

********************************/

void start()

// 开始位

{

    SDA = 1;    //SDA初始化为高电平“1”

    SCL = 1;    //开始数据传送时，要求SCL为高电平“1”

    _nop_();   

    _nop_();    //等待二个机器周期

    SDA = 0;    //SDA的下降沿被认为是开始信号

    _nop_();   

    _nop_();   

    _nop_();   

    _nop_();    //等待四个机器周期

    SCL = 0; 

//SCL为低电平时，SDA上数据才允许变化(即允许以后的数据传递）

}

/************************

函数功能：结束数据传送

*************************/

void stop()

// 停止位

{

    SDA = 0;     //SDA初始化为低电平“0”

    _nop_();    

    _nop_();     //等待二个机器周期

    SCL = 1;     //结束数据传送时，要求SCL为高电平“1”

    _nop_();    

    _nop_();    

    _nop_();    

    _nop_();     //等待四个机器周期

    SDA = 1;    //SDA的上升沿被认为是结束信号

}

/***************************

函数功能：从24Cxx读取数据

出口参数：x

****************************/

unsigned char ReadData()

// 从24Cxx移入数据到MCU

{

    unsigned char i;

    unsigned char x;   //储存从24Cxx中读出的数据

    for(i = 0; i < 8; i++)

    {

       SCL = 1;                //SCL置为高电平

       x<<=1;                  //将x中的各二进位向左移一位

       x|=(unsigned char)SDA;

//将SDA上的数据通过按位“或“运算存入x中

       SCL = 0;                        //在SCL的下降沿读出数据

    }

    return(x);                //将读取的数据返回

}

/************************************

函数功能：向24Cxx的当前地址写入数据

入口参数：y (储存待写入的数据）

************************************/

//在调用此数据写入函数前需首先调用开始函数start(),所以SCL=0

bit WriteCurrent(unsigned char y)

{

    unsigned char i;

    bit ack_bit;               //储存应答位

    for(i = 0; i < 8; i++)      // 循环移入8个位

    {

       SDA = (bit)(y&0x80);   //通过按位“与”运算将最高位数据送到S

                                  //因为传送时高位在前，低位在后

       _nop_();            //等待一个机器周期  

        SCL = 1;            //在SCL的上升沿将数据写入AT24Cxx     

       _nop_();            

        _nop_();             //等待二个机器周期      

       SCL = 0;           

//将SCL重新置为低电平，以在SCＬ线形成传送数据所需的８个脉冲

       y <<= 1;           //将y中的各二进位向左移一位

    }

    SDA = 1;           

// 发送设备（主机）应在时钟脉冲的高电平期间(SCL=1)释放SDA线，

                    //以让SDA线转由接收设备(AT24Cxx)控制

    _nop_();        

    _nop_();        //等待二个机器周期

    SCL = 1;       //根据上述规定，SCL应为高电平

    _nop_();       

    _nop_();       

    _nop_();       

    _nop_();       //等待四个机器周期

  ack_bit = SDA;    //接受设备（24Cxx)向SDA送低电平，表示已经接收到一

//个字节；若送高电平，表示没有接收到，传送异常

    SCL = 0;      

//SCL为低电平时，SDA上数据才允许变化(即允许以后的数据传递）

    return  ack_bit;         // 返回AT24Cxx应答位

}

/****************************************

函数功能：从24Cxx中的当前地址读取数据

出口参数：x (储存读出的数据）

*****************************************/

unsigned char ReadCurrent()

{

    unsigned char x;

    start();               //开始数据传递

    WriteCurrent(OP_READ); //选择要操作的24Cxx芯片，并告知要读其数据

    x=ReadData();         //将读取的数据存入x

    stop();                //停止数据传递

    return x;              //返回读取的数据

}

/***********************

函数功能：主函数

************************/

 void main(void)

{

    unsigned char i;

    unsigned char x;      //储存从24C02读出的值

    LcdInitiate();        //调用LCD初始化函数 

   for(i=0;i<32;i++)

    {   start();               //开始数据传递

       WriteCurrent(OP_WRITE); 

//选择要操作的24Cxx芯片，并告知要对其写入数据

       WriteCurrent(i);       //写入指定地址

       WriteCurrent(string);       //向当前地址写入数据