PROTEUS仿真学习笔记04 （IIC 外设）——2014_7_8

PROTEUS仿真学习笔记汇总贴

`PROTEUS仿真学习笔记汇总贴
*****************
IIC 的一个典型应用
——AT 24C02
*****************

在学习 i2c(IIC) 原理之前，先看一个实例，

https://bbs.elecfans.com/forum.ph ... 401&highlight=24c02

非常简单，读取 AT 24C02 中储存的数据，并显示出来，

论坛中搜索电子锁，基本上都是利用 IIC 原理的 24c02。

例如，
51单片机+24C02+LCD1602密码锁源程序+仿真
https://bbs.elecfans.com/forum.ph ... 083&highlight=24c02

********************

先有了初步印象，就可以进行具体学习了。`

oldbeginner · 2014-7-8 22:22:43

*******************
IIC 的电路结构

SDA SCL 两根线
*******************

百度百科上也有一部分介绍，
http://baike.baidu.com/view/194759.htm?fr=aladdin
I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。

SDA（数据线）和SCL(时钟线）都是集电极开路或漏极开路结构的，只能输出“0”，不能输出“1”，都必须接上拉电阻。

当需要输入数据时，将一个读数据用的输入端接在输出端。

SCL线的时钟同步：SCL由于具有线“与”的逻辑功能，即只要有一个节点发送低电平时，总线上就表现为低电平。当所有的节点都发送高电平时，总线才能表现为高电平。正是由于线“与”逻辑功能的原理，当多个节点同时发送时钟信号时，在总线上表现的是统一的时钟信号。

♣. SDA线的仲裁：SDA线的仲裁也是建立在总线具有线“与”逻辑功能的原理上的。节点在发送1位数据后，比较总线上所呈现的数据与自己发送的是否一致。是，继续发送；否则，退出竞争。SDA线的仲裁可以保证I2C总线系统在多个主节点同时企图控制总线时通信正常进行并且数据不丢失。总线系统通过仲裁只允许一个主节点可以继续占据总线。

借助门电路相关知识，

可以确认，SDA 和 SCL 的电路结构是确定的集电极开路或漏极开路，是固定的。

再来确认一下仿真中的电路，

oldbeginner · 2014-7-10 14:48:19

oldbeginner 发表于 2014-7-8 22:22
*******************
IIC 的电路结构

**********************
启动信号

**********************

学习IIC 原理的一般都是初学者，因为几乎所有嵌入式都会学，而且都是前期学的，所有应该越详细越好。但是，

有些老师会生硬地直接拿出时序图，在他看来时序图是多么容易解释，但是对初学者来说，时序图本身就是一项要学习的内容，而且不那么容易。

因为只有两条线，从时序图上看也是很简洁的。

不过，还不够，

这个课件已经有进步了，不过再细致一下，

动画中红色的阴影区域，表示 IIC 启动信号。

IIC 是一种协议，SCL SDA 怎样变化表示启动，是由协议规定的，并没有什么原理推导的。

再回到首页的例子上，

一般会先定义，

***it sda=P2^1;//数据线
***it scl=P2^0; //时钟线

复制代码

这样，

//SCL高电平期间，SDA的下降沿作为启动信号
void start(void)
{
SDA = 1;
SCL = 1;
delay();
SDA = 0;
delay();
SCL = 0;
delay();
}

复制代码

C51单片机就有了启动信号函数了。

再重复一下，至于为什么这样就表示启动，而不是停止，因为是约定好的。
类似手势（也是约定好的）

oldbeginner · 2014-7-10 15:19:27

oldbeginner 发表于 2014-7-10 14:48
**********************
启动信号

*****************
停止信号

*****************

理解了开始信号，再来看停止信号，分分秒秒就会的事情，前提：先理解开始信号后，再来看停止信号。

时序很清晰，比静态的容易理解多了。

C51 代码总结如上。

oldbeginner · 2014-7-10 16:37:45

oldbeginner 发表于 2014-7-10 15:19
*****************
停止信号

**************
IIC 写一个字节

通用格式
**************

学习了启动和停止信号后，就可以开始学习写入一个字节命令了。

该命令过程是，

文字描述还是比较抽象的，看一下动画，

利用 C51 编写代码，如下

oldbeginner · 2014-7-10 16:53:39

oldbeginner 发表于 2014-7-10 16:37
**************
IIC 写一个字节

*************
IIC 读取一个字节

*************

读取字节的资料不多，和写一个字节有区别，不过如果理解怎样写一个字节后，再理解读字节难度不大。

oldbeginner · 2014-7-10 17:28:59

oldbeginner 发表于 2014-7-10 16:53
*************
IIC 读取一个字节

*************
IIC_51.H 和 IIC_51.C

把IIC 做成库文件
*************

这个文件是来源于首页链接的例子。

#define DELAY_TIME 60 /*只有不小于50！才不会造成时序混乱*/
#define TRUE 1
#define FALSE 0
***it SCL=P2^0; /*串行时钟*/
***it SDA=P2^1; /*串行数据*/
/***函数原型声明*****************************************************************************/
void I2C_Start(void); /*启动I2C总线的函数，当SCL为高电平时使SDA产生一个负跳变*/
void I2C_Stop(void); /*终止I2C总线，当SCL为高电平时使SDA产生一个正跳变**** **/
bit Check_Acknowledge(void); /*发送完一个字节后检验设备的应答信号*********** *****/
void WriteI2CByte(char b)reentrant; /*向I2C总线写一个字节************************ *******/
char ReadI2CByte(void)reentrant; /*从I2C总线读一个字节*********************** *******/
void DELAY(unsigned int t);
/********************************************************************************************/

复制代码

声明了 6个函数，其中 4个在上面理解，

唯一没有见过的函数是 bit Check_Acknowledge(void); /*发送完一个字节后检验设备的应答信号*********** *****/

*************************
/*启动I2C总线的函数，当SCL为高电平时使SDA产生一个负跳变*/
void I2C_Start(void)
{
SDA=1;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SDA=0;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}

复习一下，

**********************
/*终止I2C总线，当SCL为高电平时使SDA产生一个正跳变******/
void I2C_Stop(void)
{
SCL=0;
SDA=0;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SDA=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}

*************************
/*发送0，在SCL为高电平时使SDA信号为低*****************/
void SEND_0(void) /* SEND ACK */
{
SDA=0;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}

*************************************
/*发送1，在SCL为高电平时使SDA信号为高****************/
void SEND_1(void)
{
SDA=1;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
}

*********************************
/*发送完一个字节后检验设备的应答信号****************/
bit Check_Acknowledge(void)
{
SDA=1;
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME/2);
F0=SDA;
DELAY(DELAY_TIME/2);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);

if(F0==1)
return FALSE;

return TRUE;
}

–应答/发送“0”

***************************
/*向I2C总线写一个字节*******************************/
void WriteI2CByte(char b)reentrant
{
char i;
for(i=8;i!=0;i--){ //for(i=0;i<8;i++)
      if(b&0x80)
         SEND_1();
      else
         SEND_0();

      b<<=1;
}
}

**************************
/*从I2C总线读一个字节******************************/
char ReadI2CByte(void)reentrant
{
char b=0,i;
for(i=0;i<8;i++)
{
      SDA=1;    /*释放总线*/
      SCL=1;    /*接受数据*/
      DELAY(10);
      F0=SDA;
      DELAY(10);
      SCL=0;
      if(F0==1)
      {
         b=b<<1;
         b=b|0x01;
      }
      else
         b=b<<1;
}
return b;
}

7^#

提示: 该帖被管理员或版主屏蔽

oldbeginner · 2014-7-11 16:52:32

oldbeginner 发表于 2014-7-10 17:28
*************
IIC_51.H 和 IIC_51.C

******************
器件的地址

******************

先复习一下（利用 泉州信息职业技术学院 的课件，发现有些技术学院的课件比有些重点大学更好）

复习到此，并引入器件地址码。

*************************

这样，什么是器件地址码？

再来看一些常用器件的地址码，

oldbeginner · 2014-7-11 17:29:05

oldbeginner 发表于 2014-7-11 16:52
******************
器件的地址

*************
24C02

*************

先看一个实例，怎样把24C02 写入一个字节

可以归纳如下，

*****************************************
*****************************************
怎样从24C02 读一个字节

归纳如下，

oldbeginner · 2014-7-11 17:47:19

本帖最后由 oldbeginner 于 2014-7-11 17:48 编辑

oldbeginner 发表于 2014-7-11 17:29
*************
24C02

*******************
终于回到开始（小修改）

*******************

1楼的例子，可以看代码了，重复利用了 7楼的IIC_51.H  和 IIC_51.C 文件。

/***************write one byte***********************************************************
功能：将ch写到地址add处                                                                                                                                     *
输入：地址add,待写字节数据ch                                                                                                                      *
输出：无                                                                                                                                                             *
****************************************************************************************/

void WriteByte(uchar add,uchar ch){
      I2C_Start();                                                                      //start
      WriteI2CByte(0xa0);       while(!Check_Acknowledge());//control byte:1010+A2+A1+A0+1(write)/0(read)
      WriteI2CByte(add);       while(!Check_Acknowledge());//address
      WriteI2CByte(ch);       while(!Check_Acknowledge());//data
      I2C_Stop();                                                                         //stop
}

/***************Read one byte************************************************************
功能：从地址ch处读取一字节数据                                                                                                                      *
输入：地址add                                                                                                                                                       *
输出：从地址add处读得的一字节数据                                                                                                             *
****************************************************************************************/
char  ReadByte(uchar add){
      char b;
      I2C_Start();                                  //start
      WriteI2CByte(0xa0);       while(!Check_Acknowledge());//control byte,
      WriteI2CByte(add); while(!Check_Acknowledge());//address
      I2C_Start();                                                                      //start
      WriteI2CByte(0xa1);  while(!Check_Acknowledge());//data
      b=ReadI2CByte();                      //N0 Acknowledge
      I2C_Stop();                                                                               //stop
      return b;
}

****************
****************
主函数修改了一下，

void main()
{
      uchar a;

      UartInit();
      WriteByte(1,'3');

      a=ReadByte(1);

      putchar(a);
      display(a-48);

      while(1);
}

      putchar(a);
      display(a-48);
是两个分别利用了串口和数码管的函数，不属于笔记关注的，只知道和利用其功能即可。

oldbeginner · 2014-7-12 18:55:13

oldbeginner 发表于 2014-7-11 17:47
*******************
终于回到开始（小修改）

**********************
有点复杂的 PCF8591

**********************

PCF8591 的应用比 24C02 少多了，仿真也少，主要 51开发板的 AD DA 实验一般选择 PCF8591。

先看一个电压测量仿真（代码和仿真来源于 http://wenku.baidu.com/link?url= ... T9FYlw0LeKh2QBOj-e3），有个感性认识，

看一下 PCF8591的结构，

PCF8591 比较难的原因是：除了IIC 原理外，还涉及到 AD DA原理，不过这里只看 IIC 原理；另一方面是除了开发板外，PCF8591 应用不多。

*****************
*****************
上面的例子只用到读字节命令
PCF8591 是如何读字节的？

oldbeginner · 2014-7-13 14:57:03

oldbeginner 发表于 2014-7-12 18:55
**********************
有点复杂的 PCF8591

*********************
利用 PROTEUS 自带的 IIC 调试器

—— 方便直观

*********************

简单介绍，http://wenku.baidu.com/link?url= ... HfYB9_z6S-y1DoYNq6W

用在第一个例子上，

调试器内容如下：

有点不直观，还需要理解代码表达的意思：

第一行内容是单片机向24C02存储器写数据过程，其时序为S、A0、A、地址(30H)、A、数据1、A、P；

第二行内容是单片机从24C02存储器读数据过程，其时序为S、A0、A、地址(30H)、A、Sr、A1、A、数据1、A、P。

如下，（有两个电平无效？还不知道原因）

oldbeginner · 2014-7-15 15:44:53

oldbeginner 发表于 2014-7-13 14:57
*********************
利用 PROTEUS 自带的 IIC 调试器

***********************
对 24C02
写字符串和读字符串
***********************

上面的例子，处理 24C02 的单位都是一个字节，显然实际应用中，字符串就更可取了。

代码还是来自顶楼，只不过分成了几部分来理解：

/***************write string***************************************************************
功能：以add为起始地址连续写入字符串p          *
输入：地址，待写字符串    *
输出：无    *
注意：字符串p的长度不需小于一页数据（24c02c的一页为16byte）。    *
   数据字节临时存储在片内页缓冲器中。在主器件发送停止条件之后，这些数据将被写入存储器。*
   每接收一个字，内部地址计数器加一。如果在停止条件产生前，主器件有超出一页的数据要发送，
   地址计数器将会翻转，先前写入的数据将被覆盖。    *
******************************************************************************************/
void WriteString(uchar add,uchar *p){ /*224C02C(2kbit),strlen(p)should<=16bit*/
uchar i;
I2C_Start();
WriteI2CByte(0xa0);  while(!Check_Acknowledge());
WriteI2CByte(add); while(!Check_Acknowledge());
for(i=strlen(p);i!=0;i--){
WriteI2CByte(*p); while(!Check_Acknowledge());
p++;
}
I2C_Stop();
}

对比一下，写一个字节

写一个字节方式，写完一个字节后就发停止符；
而写字符串方式，写完一个字节后继续写字节，直到发停止符。

还是很容易理解的。

***************************

读字符串，

/***************read string*************************************************************************
功能：以add为起始地址连续读len长字节数据，并通过*P返回    *
输入：地址add，读取长度len    *
输出：字符串*p    *
说明：连续读操作的起动过程和随机读操作相同，只是在 24XX发送完第一个数据字节后，主器件发出确认信号，*
而在随机读操作中发送的是停止条件。确认信号指示 24XX 器件发送下一个连续地址的数据字节（图 8-4）。
在24器件向主器件发送完最后一个字节后，主器件不会产生确认信号，而是产生停止条件。    *
***************************************************************************************************/
void  ReadString(uchar add,uchar *p,uchar len){
I2C_Start();                                        //start
WriteI2CByte(0xa0);    while(!Check_Acknowledge()); //control byte,
WriteI2CByte(add); while(!Check_Acknowledge()); //address
I2C_Start();       //start
WriteI2CByte(0xa1); while(!Check_Acknowledge());    //data
while(len--){
*p=ReadI2CByte();
SDA=0;    //MCU发确认信号，使器件发送下一个连续地址的数据字节
SCL=1;
DELAY(DELAY_TIME);
SCL=0;
DELAY(DELAY_TIME);
p++;
}//读完最后一个字节不确认，停止结束
I2C_Stop();       //stop
}

再和读一个字节对比一下，

读一个字节方式，读完一个字节后就发停止符；
而读字符串方式，读完一个字节后继续读字节，直到发停止符。