单片机I2C寻址模式

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上一节介绍的是 I²C 每一位信号的时序流程?而 I²C 通信在字节级的传输中?也有固定的时序要求。I²C 通信的起始信号(Start)后?首先要发送一个从机的地址?这个地址一共有 7位?紧跟着的第 8 位是数据方?位(R/W)?“0”表示接下来要发送数据?写??‘“1”表示接下来是请求数据?读?。

我们知道?打电话的时候?当拨通电话?接听方捡起电话肯定要回一个“喂”?这就是告诉拨电话的人?这边有人了。同理?这个第九位 ACK 实际上起到的就是这样一个作用。当我们发送完了这 7 位地址和 1 位方?后?如果发送的这个地址确实存在?那么这个地址的器件应该回应一个 ACK?拉低 SDA 即输出“0”??如果不存在?就没“人”回应 ACK?SDA将保持高电平即“1”?。

那我们写一个简单的程序?访问一下我们板子上的 EEPROM 的地址?另外再写一个不存在的地址?看看它们是否能回一个 ACK?来了解和确认一下这个问题。

我们板子上的 EEPROM 器件型号是 24C02?在 24C02 的数据手册 3.6 节中可查到?24C02的 7 位地址中?其中高 4 位是固定的 0b1010?而低 3 位的地址取决于具体电路的设计,由芯片上的 A2、A1、A0 这 3 个引脚的实际电平决定?来看一下我们的 24C02 的电路图?它和24C01 的原理图完全一样?如图 14-4 所示。
从图 14-4 可以看出来?我们的 A2、A1、A0 都是接的 GND?也就是说都是 0?因此 24C02的 7 位地址实际上是二进制的 0b1010000?也就是 0x50。我们用 I²C 的协议来寻址 0x50?另外再寻址一个不存在的地址 0x62?寻址完毕后?把返回的 ACK ?允镜轿颐堑? 1602 液晶上?大家对比一下。

/***************************Lcd1602.c 文件程序源代码*****************************/
#include <reg52.h>
#define LCD1602_DB P0
sbit LCD1602_RS = P1^0;
sbit LCD1602_RW = P1^1;
sbit LCD1602_E = P1^5;
/* 等待液晶准备好 */
void LcdWaitReady(){
 unsigned char sta;
 LCD1602_DB = 0xFF;
 LCD1602_RS = 0;
 LCD1602_RW = 1;
 do {
 LCD1602_E = 1;
 sta = LCD1602_DB; //读取状态字
 LCD1602_E = 0;
 } while (sta & 0x80); //bit7 等于 1 表示液晶正忙?重复检测直到其等于 0 为止
}
/* ? LCD1602 液晶写入一字节命令?cmd-待写入命令值 */
void LcdWriteCmd(unsigned char cmd){
 LcdWaitReady();
 LCD1602_RS = 0;
 LCD1602_RW = 0;
 LCD1602_DB = cmd;
 LCD1602_E = 1;
 LCD1602_E = 0;
}
/* ? LCD1602 液晶写入一字节数据?dat-待写入数据值 */
void LcdWriteDat(unsigned char dat){
 LcdWaitReady();
 LCD1602_RS = 1;
 LCD1602_RW = 0;
 LCD1602_DB = dat;
 LCD1602_E = 1;
 LCD1602_E = 0;
}
/* 设置?允? RAM 起始地址?亦即光标位置?(x,y)-对应屏幕上的字符坐标 */
void LcdSetCursor(unsigned char x, unsigned char y){
 unsigned char addr;
 if (y == 0){ //由输入的屏幕坐标计算?允? RAM 的地址
 addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从 0x00 起始
 }else{
 addr = 0x40 + x; //第二行字符地址从 0x40 起始
 }
 LcdWriteCmd(addr | 0x80); //设置 RAM 地址
}
/* 在液晶上?允咀址徺�??(x,y)-对应屏幕上的起始坐标?str-字符串指针 */
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str){
 LcdSetCursor(x, y);//设置起始地址
 while (*str != '0边'){ //连续写入字符串数据?直到检测到结束符
 LcdWriteDat(*str++);
 }
}
/* 初始化 1602 液晶 */
void InitLcd1602(){
 LcdWriteCmd(0x38); //16*2 ?允荆?5*7 点阵?8 位数据接口
 LcdWriteCmd(0x0C); //?允酒徤粡┄v獗旯乇?
 LcdWriteCmd(0x06); //文字不动?地址自动+1
 LcdWriteCmd(0x01); //清屏
}

/*****************************main.c 文件程序源代码******************************/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define I2CDelay() {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
sbit I2C_SCL = P3^7;
sbit I2C_SDA = P3^6;
bit I2CAddressing(unsigned char addr);
extern void InitLcd1602();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
void main(){
 bit ack;
 unsigned char str[10];
 InitLcd1602(); //初始化液晶
 ack = I2CAddressing(0x50); //查询地址为 0x50 的器件
 str[0] = '5'; //将地址和应答值转换为字符串
 str[1] = '0';
 str[2] = ':';
 str[3] = (unsigned char)ack + '0';
 str[4] = '0边';
 LcdShowStr(0, 0, str); //?允镜揭壕??
 ack = I2CAddressing(0x62); //查询地址为 0x62 的器件
 str[0] = '6'; //将地址和应答值转换为字符串
 str[1] = '2';
 str[2] = ':';
 str[3] = (unsigned char)ack + '0';
 str[4] = '0边';
 LcdShowStr(8, 0, str); //?允镜揭壕??
 while (1);
}
/* 产生总?起始信号 */
void I2CStart(){
 I2C_SDA = 1; //首先确保 SDA、SCL 都是高电平
 I2C_SCL = 1;
 I2CDelay();
 I2C_SDA = 0; //先拉低 SDA
 I2CDelay();
 I2C_SCL = 0; //再拉低 SCL
}
/* 产生总?停止信号 */
void I2CStop(){
 I2C_SCL = 0; //首先确保 SDA、SCL 都是低电平
 I2C_SDA = 0;
 I2CDelay();
 I2C_SCL = 1; //先拉高 SCL
 I2CDelay();
 I2C_SDA = 1; //再拉高 SDA
 I2CDelay();
}
/* I2C 总?写操作?dat-待写入字节?返回值-从机应答位的值 */
bit I2CWrite(unsigned char dat){
 bit ack; //用于暂存应答位的值
 unsigned char mask; //用于探测字节内某一位值的掩码变量
 
 for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1){ //从高位到低位依次进行
 if ((mask&dat) == 0){ //该位的值输出到 SDA 上
 I2C_SDA = 0;
 }else{
 I2C_SDA = 1;
 }
 I2CDelay();
 }
 I2C_SCL = 1; //拉高 SCL
 I2CDelay();
 I2C_SCL = 0; //再拉低 SCL?完成一个位周期
 I2C_SDA = 1; //8 位数据发送完后?主机释放 SDA?以检测从机应答
 I2CDelay();
 I2C_SCL = 1; //拉高 SCL
 ack = I2C_SDA; //读取此时的 SDA 值?即为从机的应答值
 I2CDelay();
 I2C_SCL = 0; //再拉低 SCL 完成应答位?并保持住总?
 return ack; //返回从机应答值
}
/* I2C 寻址函数?即检查地址为 addr 的器件是否存在?返回值-从器件应答值 */
bit I2CAddressing(unsigned char addr){
 bit ack;
 I2CStart(); //产生起始位?即启动一次总?操作
 //器件地址需左移一位?因寻址命令的最低位
 //为读写位?用于表示之后的操作是读或写
 ack = I2CWrite(addr<<1);
 I2CStop(); //不需进行后续读写?而直接停止本次总?操作
 return ack;
}

我们把这个程序在 KST-51 开发板上运行完毕?会在液晶上边?允境徟翊我们预想的结箯乩v徤�徳恽送一�?嬖诘拇踊徳载址�?踊徴�峄馗匆桓?Υ鹞唬viii从Υ鹞晃? 0?主机如果发送一个不存在的从机地址?就没有从机应答?即应答位为 1。

前面的章节中已经提到利用库函数_nop_()可以进行精确延时?一个_nop_()的时间就是一个机器周期?这个库函数包含在 intrins.h 这个文件中?如果要使用这个库函数?只需要在程序最开始?和包含 reg52.h 一样?include<intrins.h>之后?程序中就可以使用这个库函数了。

还有一点要提一下?I²C 通信分为低速模式 100kbit/s、快速模式 400kbit/s 和高速模式3.4Mbit/s。因为所有的 I²C 器件都支持低速?但却未必支持另外两种速度?所以作为通用的I²C 程序我们选择 100k 这个速率来实徍�?也就是说实际程序产生的时序必须小于等于 100k的时序参数?很明?砸簿褪且彧�? SCL 的高低电平持续时间都不短于 5us?因此我们在时序函数中通过插入 I2CDelay()这个总?延时函数?它实际上就是 4 个 NOP 指令?用 define 在文件开头做了定义??加上改变 SCL 值语句本身占用的至少一个周期?来达到这个速度徍鹬啤Ｈ绻�以后需要提高速度?那么只需要减小这里的总?延时时间即可。

此外我们要学习一个发送数据的技巧?就是 I²C 通信时如何将一个字节的数据发送出去。大家注意函数 I2CWrite 中?用的那个 for 循环的技巧。for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1)?由于 I²C 通信是从高位开始发送数据?所以我们先从最高位开始?0x80 和 dat 进行按位与运算?从而得知 dat 第 7 位是 0 还是 1?然后右移一位?也就是变成了用 0x40 和 dat 按位与运算?得到第 6 位是 0 还是 1?一直到第 0 位结束?最终通过 if 语句?把 dat 的 8 位数据依次发送了出去。其它的逻辑大家对照前边讲到的理论知识?认真研究明白就可以了。

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