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

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。
: E3 M9 n4 H; Y7 l6 |' q- _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。
' F( |$ T7 Y' l, }
一、I2C通信介绍
4 _7 F5 `+ [" X6 j! }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。
% }4 G' v5 _& t0 A" r* ~8 h
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：
6 {  D- F- N- C  t2 r- R//开始信号
void I2C_start()
5 u7 H  y2 K. N7 _& Z3 k{
SDA = 1;//同时拉高数据线与时钟线
SCL = 1;
delay_1us(1);
7 @4 B: B4 T2 X' n, e$ KSDA = 0;//SCL高电平，SDA下降，启动I2C通信
delay_1us(1);//等待1us
SCL = 0;
- U7 {" g& n8 ~8 y9 F/ O}

//结束信号
void I2C_Stop()
{
SDA = 0;
SCL = 1;
delay_1us(1);
, B6 b8 L+ \) lSDA = 1;
delay_1us(1);
1 }3 F! k5 T: W: D}
4 l  V9 z) S8 [/ ]: S/ L
8 Q( v  l- j, l* j% c5 }//主设备应答函数
void I2C_SenDACK(bit ack)
{
SCL = 0;//SCL 拉低，数据改变
7 S* ?7 B( B' N6 v: VSDA = 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
, V5 G5 U- B* I* L+ b# y: ~SCL = 0;//SLC拉低
9 m, b# I; E, ?1 T1 U}

//从设备应答函数
bit I2C_RecvACK()
" z) s! ?- f5 _" E7 P8 i{
) h' X& p. {2 i+ J4 o1 o" vuchar wait=0xff;
) A. n- {6 O9 E% }2 A" {SCL = 1;//SCL时钟拉高 数据有效
+ C& w8 [+ d5 s7 V. n. Iwhile(SDA&&wait--);//SDA高电平，并且在512us没有走完
if(wait<=0)
{
I2C_Stop();
5 A8 a4 q% d# ~8 }return -1;
}
WSCL = 0;//否则SCL为低电平，结束该应答
; x; m' q6 y5 ~5 O+ l" h0 U& odelay_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
! B4 {- f" C: n8 W$ e7 ]" Q7 `SDA = 1;
; B6 c9 m) a  g; relse
- Y5 N! T: o1 t8 m% _# @SDA = 0;
. J" w6 f) I# X$ a' C: W) n5 N1 ~SCL = 1;
delay_1us(1);
SCL = 0;
) B  ]) [0 a7 B( d( v) F% Gdelay_1us(1);
! x1 C! j6 _8 [& x- w, i. qdat<<=1;
) K3 ?6 @8 [) Z7 x. b% A}
}
  L8 ^7 m) L! T, e! A! ~//数据接收函数
5 B$ c+ S; O# i; m5 m+ }0 y: `! U2 Suchar I2C_RecvByte()//接受一个字节
{
uchar i;
" C; B$ v! J, }$ juchar dat = 0;
) I: m# Q- b- i" M' iWSDA = 1;
for(i=0;i<8;i++)//一字节 八位
{
# ^' e9 ?2 I6 w8 Mdat<<=1;//dat左移一位，从高到低接受数据
/ F) L% G0 O; _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
- V2 {( c; v4 Gdelay_1us(1);//延时保持
}
return dat;//接受八次之后返回dat值
}

二、I2C通信流程
, [3 \. _) O  o8 Z: x0 E" U- f& ^主设备向从设备完整的写操作
  R! {% o% l) ?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）
" F5 N2 ?8 Q' L4 R# M$ G3.主设备向从设备发送要操作的从设备寄存器地址
3 V* d. F7 |% b* V: L$ e4.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
# N4 i. [4 R( h0 D: c  t  E; `: @//对I2C设备的完整写操作
void Single_WriteI2C(uchar REG_Address,uchar REG_data)
6 d6 T# s; W, S( l" S{
, `; F. N( d% i" ZI2C_Start();
, D1 k& R5 d& G0 P8 GI2C_SendByte(SlaveAddress<<1|0x00);
+ I! Y4 ^0 T7 S( ?" G7 n1 P6 pI2C_RecvACK();
I2C_SendByte(REG_Address);
I2C_RecvACK();
1 D+ z. x9 Z( H! N9 [I2C_SendByte(REG_data);
  u, ?# U% }- g% l) Q- v; sI2C_RecvACK();
5 D$ P( K, S9 V% YI2C_Stop();
  W0 S" P( j5 v; \0 x9 D$ X1 C  n5 U}
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：
# `; M" a8 I5 B; c5 S6 F& ?! q% \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
9 q* f2 J' L, H% k( ^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
# v% {+ W0 f/ k9 g* C5.接收一个字节的数据
6.发起I2C停止信号

0 h" t. ~8 G: V* P" G  [% ^void Single_ReADI2C(uchar REG_Address,uchar *REG_data,uchar len)
  W+ Q  X; E# V7 J) c{
int i;
I2C_Start();
I2C_SendByte((SlaveAddress<<1)|0x00);
I2C_RecvACK();
1 [  H. A' V; J/ A1 }& Q) wI2C_SendByte(REG_Address);
I2C_RecvACK();
I2C_Start();
Delay_Ms(50);
I2C_SendByte((SlaveAddress<<1)|0x01);
I2C_RecvACK();
) [2 M( L! K! L1 ?
4 |: ?- p: j6 W% g$ s, Pfor(i=0;i<len;i++)
0 P3 X2 }7 ~7 i' k{
/ s" q( F9 O; X) Y/ EREG_data=I2C_RecvByte();
if(i==len-1)
I2C_SendACK(1);
else
; n3 V: \5 s4 n3 qI2C_SendACK(0);
}
% {+ v9 @. U; ]4 D) BI2C_Stop();

1 W' i5 z" |# q}
& T2 @: i) W8 }& y% A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

好强啊，谢谢你的文章

dragongfly

gogogo，学学学。