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

( A. _; ?0 C" B- p# c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。
. Z1 i, V  H1 P7 T8 |& RI2C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。
) w8 x% N& E* ^, \0 n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）。
- D" B6 x% D6 D0 \3 N" z9 `' |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
0 \) P% R3 o" V2 Jvoid I2C_start()
5 C! i- o$ I! G! b+ J. Q{
  M! k  M5 z8 n/ JSDA = 1;//同时拉高数据线与时钟线
8 D  Y! \7 t2 m1 }, P+ P' ^SCL = 1;
$ A, c: e% C5 {0 zdelay_1us(1);
SDA = 0;//SCL高电平，SDA下降，启动I2C通信
delay_1us(1);//等待1us
$ y$ N. r( Z/ i$ Q7 w( W; DSCL = 0;
}
/ E; s. _4 `) G
7 c, Q6 J  x+ {( `* ~" v//结束信号
; x8 V+ A4 [1 d; @+ Cvoid I2C_Stop()
* t# ~; K6 r3 W! j{
2 h0 t  h6 m: p" eSDA = 0;
SCL = 1;
+ S' X" \8 Q0 V" w6 O* @6 cdelay_1us(1);
# E* Z0 w' L- K1 }3 ^SDA = 1;
' O9 L  d$ p& J& r) t* r6 Ydelay_1us(1);
, t- j- @; _# z: Z2 t' T$ Q) f}
* Y+ Y! V9 ]5 y8 W" i5 y/ H
! E' ^5 H9 t+ p//主设备应答函数
void I2C_SenDACK(bit ack)
! X" _- h+ ~5 |& O+ O, t6 E! X{
6 p4 ?3 L! z" O2 e) B# b! ?1 lSCL = 0;//SCL 拉低，数据改变
SDA = ack;//数据位改变
1 a& _2 [* q# n. E+ A( pdelay_1us(1);//延时等 稳定信号
SCL = 1;//SCL拉高，传送数据
8 k: [, n3 a: O9 \+ f( ^5 @delay_1us(1);//等待
2 _6 m/ I2 T) ^9 R# CSCL = 0;//SLC拉低
}
5 `. {( t& L+ I3 l& p; u- s  e) i
. x! P5 ]. j) f3 i//从设备应答函数
bit I2C_RecvACK()
{
uchar wait=0xff;
. \8 f# }, G" o1 lSCL = 1;//SCL时钟拉高 数据有效
9 g( k" a+ j9 \4 W) f' p' S8 @while(SDA&&wait--);//SDA高电平，并且在512us没有走完
$ q3 {. ~1 Z7 k( A7 aif(wait<=0)
, w7 L2 k4 x0 u7 ]' g{
I2C_Stop();
return -1;
  N) s1 ^" @2 n: N" I; m}
8 N8 ]3 x+ O2 ^/ ~+ q  L  AWSCL = 0;//否则SCL为低电平，结束该应答
+ D- Z0 Q+ p% ~+ Ddelay_1us(1);
1 [5 p/ Y2 Y/ g0 Ereturn 0;
" E! Z; \) ^/ O' S9 n1 H}
//数据发送函数
void I2C_SendByte(uchar dat)
) l& g4 [6 N* x% i1 M{
uchar i;
1 M; D2 ^. ^/ efor(i=0;i<8;i++)
{
) F3 a  x" p# dif(dat&0x80)//dat与0x80进行与运算
SDA = 1;
( Q2 P, K! x4 y$ |3 J6 o$ Selse
SDA = 0;
SCL = 1;
delay_1us(1);
SCL = 0;
+ c" u* ^5 J6 Q+ i# idelay_1us(1);
# N4 A: I& {& I8 ], k" M4 `dat<<=1;
}
}
) C% N# w+ j5 n3 K8 M/ h//数据接收函数
uchar I2C_RecvByte()//接受一个字节
{
uchar i;
' e3 `: H# }% i9 G6 t9 s4 Duchar dat = 0;
* T9 i* S' G7 w/ h! D8 zWSDA = 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
' v5 G1 K0 @. u% [+ f* s, Vdelay_1us(1);//延时保持
) D1 F2 I/ c! t, q6 d% l$ D6 Wdat|=WSDA;
WSCL = 0;//SCL拉低结束数据传输
delay_1us(1);//延时保持
}
% g) y! u2 s' d  Creturn dat;//接受八次之后返回dat值
}
+ [( `4 m) Y% O" E- ]
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
( Z1 a2 ?6 Z0 ]1 D7 H% A+ S: j4 Y- w5.发起I2C停止信号
//对I2C设备的完整写操作
' y# J' R' F; }$ M) i8 O, e: M# o1 Kvoid Single_WriteI2C(uchar REG_Address,uchar REG_data)
{
7 T5 k  R" ?1 K/ p) ]% _I2C_Start();
/ P  U: y! c3 n9 V  v/ L8 _I2C_SendByte(SlaveAddress<<1|0x00);
I2C_RecvACK();
I2C_SendByte(REG_Address);
I2C_RecvACK();
I2C_SendByte(REG_data);
" D3 z, u- F& GI2C_RecvACK();
; B! G  C* x  T, b- F: C5 G3 l6 P9 II2C_Stop();
- ^& U8 a  h) t4 l1 ^0 T+ H}
处SlaveAddress为设备地址，使用宏定义。
( V4 V) K$ d" @; I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
" U$ k& h+ s5 e, T8 N3.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
; y2 b% O% V1 A7 h6.发起I2C停止信号
7 u" O8 {& x2 Y, Y  A' \" y$ r
1 x) A+ M# `- ?6 J' f# ~' evoid Single_ReADI2C(uchar REG_Address,uchar *REG_data,uchar len)
{
int i;
5 q+ K/ z' e  w. W: lI2C_Start();
% G" r" m- _* qI2C_SendByte((SlaveAddress<<1)|0x00);
, I  L3 A) o: _/ ~3 h2 r2 q* {I2C_RecvACK();
, H, o% _7 c6 `$ [- gI2C_SendByte(REG_Address);
I2C_RecvACK();
I2C_Start();
7 D! U# Y; K. M1 v6 M0 J. dDelay_Ms(50);
I2C_SendByte((SlaveAddress<<1)|0x01);
I2C_RecvACK();
/ b+ c0 ]" u  X& ^" F
for(i=0;i<len;i++)
{
REG_data=I2C_RecvByte();
if(i==len-1)
I2C_SendACK(1);
3 H5 |$ j( s/ }6 N- o: u4 r5 _else
7 {+ e) c2 L1 f0 r& ?7 JI2C_SendACK(0);
" `) j) S5 S+ }* T  r}
1 w6 A" n% D! o/ k2 _( VI2C_Stop();

}
% W! U6 }7 G/ ~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。