51单片机经典范例演练4 使用通用I/O引脚模拟通信方式

Ele_insect · 发表于 2022-5-26 10:20

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现在很多单片机都已经对常见的通信方式进行了集成,但是51单片机没有这些功能。如果想要使用其他通信方式，只能使用通用I/O引脚进行模拟。
今天我们就以I2C通信作为例子，演示一下如何模拟这些通信方式。

一、I2C通信介绍
I2C总线是一种简单的双向串行总线结构。只需要SDA（数据线）、SCL（时钟线）两根线就能在器件之间传送信息。
I2C通信中，器件有主有从，一般以控制产生时钟信号的器件作为主器件，其余作为从器件。每个从器件又有一个7位设备地址，用于寻址。这就意味着，一条I2C总线上可以并联多个I2C设备，主器件通过设备地址可以分别对这些器件进行操作。
一次I2C通信可分为三个部分：I2C通信起始信号（SCL高电平下，SDA从高到低跳变）；I2C有效通信；I2C通信结束信号（SCL高电平下，SDA由低到高跳变）。
同时，在I2C有效通信阶段，数据接收方每次成功接收一字节数据，都会主动将SDA线拉低，表示传输成功。

由此，我们可以编写得到I2C设备的基本读写函数与等待应答函数：
//开始信号
void I2C_start()
{
SDA = 1;//同时拉高数据线与时钟线
SCL = 1;
delay_1us(1);
SDA = 0;//SCL高电平，SDA下降，启动I2C通信
delay_1us(1);//等待1us
SCL = 0;
}

//结束信号
void I2C_Stop()
{
SDA = 0;
SCL = 1;
delay_1us(1);
SDA = 1;
delay_1us(1);
}

//主设备应答函数
void I2C_SenDACK(bit ack)
{
SCL = 0;//SCL 拉低，数据改变
SDA = ack;//数据位改变
delay_1us(1);//延时等稳定信号
SCL = 1;//SCL拉高，传送数据
delay_1us(1);//等待
SCL = 0;//SLC拉低
}

//从设备应答函数
bit I2C_RecvACK()
{
uchar wait=0xff;
SCL = 1;//SCL时钟拉高数据有效
while(SDA&&wait--);//SDA高电平，并且在512us没有走完
if(wait<=0)
{
I2C_Stop();
return -1;
}
WSCL = 0;//否则SCL为低电平，结束该应答
delay_1us(1);
return 0;
}
//数据发送函数
void I2C_SendByte(uchar dat)
{
uchar i;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(dat&0x80)//dat与0x80进行与运算
SDA = 1;
else
SDA = 0;
SCL = 1;
delay_1us(1);
SCL = 0;
delay_1us(1);
dat<<=1;
}
}
//数据接收函数
uchar I2C_RecvByte()//接受一个字节
{
uchar i;
uchar dat = 0;
WSDA = 1;
for(i=0;i<8;i++)//一字节八位
{
dat<<=1;//dat左移一位，从高到低接受数据
WSCL = 1;//SCL拉高，数据有效
delay_1us(1);//延时保持
dat|=WSDA;
WSCL = 0;//SCL拉低结束数据传输
delay_1us(1);//延时保持
}
return dat;//接受八次之后返回dat值
}

二、I2C通信流程
主设备向从设备完整的写操作
1.主设备发出I2C开始信号：
2.主设备向I2C总线发送要操作的设备地址以及要进行的操作（读/写）7位设备地址+1位读写标识位（0读1写）
3.主设备向从设备发送要操作的从设备寄存器地址
4.主设备向从设备发送要写入的寄存器的数据
5.发起I2C停止信号
//对I2C设备的完整写操作
void Single_WriteI2C(uchar REG_Address,uchar REG_data)
{
I2C_Start();
I2C_SendByte(SlaveAddress<<1|0x00);
I2C_RecvACK();
I2C_SendByte(REG_Address);
I2C_RecvACK();
I2C_SendByte(REG_data);
I2C_RecvACK();
I2C_Stop();
}
处SlaveAddress为设备地址，使用宏定义。
主设备接收数据流程如下：
1.主设备发出I2C开始信号：
2.主设备向I2C总线发送要操作的设备地址以及要进行的操作（读/写）此时，最后一位要为写操作
3.主设备向从设备写入要读取的从设备寄存器的地址
4.主设备向总线发送7位I2C设备地址+1位读操作标识
5.接收一个字节的数据
6.发起I2C停止信号

void Single_ReADI2C(uchar REG_Address,uchar *REG_data,uchar len)
{
int i;
I2C_Start();
I2C_SendByte((SlaveAddress<<1)|0x00);
I2C_RecvACK();
I2C_SendByte(REG_Address);
I2C_RecvACK();
I2C_Start();
Delay_Ms(50);
I2C_SendByte((SlaveAddress<<1)|0x01);
I2C_RecvACK();

for(i=0;i<len;i++)
{
REG_data=I2C_RecvByte();
if(i==len-1)
I2C_SendACK(1);
else
I2C_SendACK(0);
}
I2C_Stop();

}
以上就是常见的I2C设备通信的通用函数。
使用单片机的I/O接口，再配合时钟，多数的通信方式都可以被模拟出来，就比如51单片机只有一组串口，如果有需要，自然也可以使用两组通用I/O引脚进行串口通信的模拟。

架海梁心 · 发表于 2022-5-26 11:08

好强啊，谢谢你的文章

dragongfly · 发表于 2022-5-26 14:31

gogogo，学学学。

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