[嵌入式]郭天祥的10天学会51单片机_第九节

开发板上的蜂鸣器下面是温度传感器DS18B20

DA转换器的下面是SPI总线（RFR、IOUT、DI0和GND）

I2C总线和SPI总线用的多。

I2C总线仲裁：具有?C总线接口的设备都接在总线上，主机和哪个设备进行通信时先在总线上发个地址码过去，总线上全部响应地址码，所有?C总线上的设备都检测这个地址码，哪个设备的地址码相符就和主机通信

见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P3的图，各器件的SDA及SCL都是线“与”关系（各设备的SDA做线“与”运算，结果送到SDA总线上，SCL也同理），?I2C总线必须接上拉电阻，?一般为10K

MSB为最高位，LSB为最低位

漏极开路相当于场效应管来说的，和三极管一样都具有开关的作用，场效应管还有放大管的作用，场效应管是压控压型

集电极开路对应三极管来说的，三极管的集电极不能输出，只有接上拉电阻时才能输出，开关和放大管的作用，压控流型，即PN结利用导通的压降来控制导通电流的大小

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P3的图，SDA上的交叉部分表示允许数据变化

SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。?

每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）；应答位必须是由从机发给主机的；第九位应答位如果很长时间主机没有收到就默认收到了

开发板上AD和DA是并口一次都传走八位数据，而I2C总线是串口，八位数据一个一个传

在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/T），用“0”表示主机发送数据（T），“1”表示主机接收数据（R），是主机传送完一个数据后用0或1表示是下一次是主机发送数据还是接收数据。

a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变：

S表示起始信号，后面是从机地址，0表示由主机要向从机发送数据，A表示从机的应答（低电平表示），A非表示非应答（高电平表示），P表示终止信号

有阴影部分表示数据由主机向从机传送，无阴影部分则表示数据由从机向主机传送

A/?表示应不应答不管了

b、主机在第一个字节后，立即向从机读数据

从机接到主机的信号后，应答然后从机给主机传数据，主机再应答，从机再给主机传数据，主机不应答，主机再发送停止信号

c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相

主机起始信号，从机地址，0表示主机要向从机发送数据，从机应答，主机向从机发送数据，A/?表示应不应答不管了，读写方向要改变，主机要向从机读取数据了，就重新发出起始信号，从机地址，1表示主机要接收从机发送的数据，从机给了应答，从机向主机发送数据，主机不给应答，发出停止信号

参考LESSON8_IIC总线协议的PPT的P14和P15

主机可以采用不带I2C总线接口的单片机，如80C51、AT89C2051等单片机，利用软件实现I2C总线的数据传送，即软件与硬件结合的信号模拟，很多高级单片机都自带有?C总线，把数据放到寄存器入SBUF，单片机自动传送数据，不用软件实现

参考LESSON8_IIC总线协议的PPT的P17，P18,和P19

SomeNop( )是延时函数

见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P20，总线连接的器件下面的A2、A1、A0等是地址线，

E2PROM（Electric erase program read only memory）是电可擦除编程只读存储器，掉电后程序仍然保持在存储器当中，这里用的是AT24C02

写的时候要先写地址再写数据，读的时候要先写地址再读数据

MSB是最高位，MLB是最高位，ACK是应答

参考LESSON8_IIC总线协议的PPT的P22，P23，P24和P25

读出过程：单片机先发送该器件的7位地址码和写方向位“0”（“伪写”），发送完后释放SDA线并在SCL线上产生第9个时钟信号，被选中的存储器器件在确认是自己的地址后，在SDA线上产生一个应答信号作为回应，然后，再发一个字节的要读出器件存储区的首地址（针对E2PROM的存储器有地址），收到应答后，单片机要重复一次起始信号并发出器件地址和读方向位（“1”），收到器件应答后就可以读出数据字节，每读出一个字节，单片机都要回复应答信号。当最后一个字节数据读完后，单片机应返回以“非应答”（高电平），并发出终止信号以结束读出操作。

TX-1C型单片机实验板原理图，上单片机下面的24C02(图中打字打错了，打成24C00)就是E2PROM，管脚1,2,3是地址线，这里管脚1,2,3都接地，管脚5是数据线，管脚6是时钟线，管脚5和6都通过上拉电阻接电源（这里用2.7V to 2.5V），管脚4接地，管脚7WP（Write Protect）是写保护，写保护为高就是写不进去，写保护为低就是可以进行读写，这里接地，始终可以进行读写，管脚8接电源；SDA连接单片机的P2.0口，SCL连接单片机的P2.1口

E2PROM的MAP封装就是表面看不到E2PROM的引脚图，引脚在E2PROM芯片的下方

开发板上AD转换器的下面的芯片就是24C02

见AT24C02A的PPT的P11的Byte Write图，DEVICE ADDRESS是设备地址（后面加一个传送方向位（R/T），高电平为由单片机向从机读数据，低电平为由单片机向从机写数据，以后只要不改变读写方向，确定一次设备地址和传送方向位（R/T）后就不用再添加传送方向位（R/T），当要改变读写方向即改变传送方向位（R/T）时，再重新写入设备地址和改变后的传送方向位（R/T）），ACK表示应答，WORD ADDRESS写的地址（八位地址位，这里是EEPROM内部存储区的地址， I2C总线上面有多个EEPROM，DEVICE ADDRESS设备地址就是选中哪个EEPROM，WORD ADDRESS写地址就是选中EEPROM后要确定在这个EEPROM中哪个地址上写数据，这里就不用“第8位数据的传送方向位（R/T）”，等要改变读写方向时重新给初始信号从机地址传送方向位（R/T）），DATA是数据（八位数据，这里就不用“第8位数据的传送方向位（R/T）”，等要改变读写方向时重新给初始信号从机地址传送方向位（R/T））

见AT24C02A的PPT的P11的Current Address Read（当前地址的读）图，NO ACK是不给应答，主机不再读数据就不给从机应答

谁给应答：当主机给从机数据，从机接受数据后就由从机给应答，当从机给主机数据，主机接受数据后就由主机给应答

见AT24C02A的PPT的P11的Random Read（随机地址的读），只在同一个地址上先写时给了地址，再从该设备读时就不用再给地址了

思路就是把上面的几个时序图对应的几种方式的读写都编成函数，使用时，例如读一组数据可以直接调用读函数

写程序时，先添加头文件，再定义一些类型，然后写主函数，写的时候缺什么（例如缺子函数）就补充什么

把一个数据送到EEPROM里，然后读出来，再送到发光二极管，让发光二极管闪亮：

关键是把重要时间（LESSON8_IIC总线协议的PPT的P17图中的阴影区）的变化写在程序里，我尝试把起始信号的所以过程写全，显示的结果和只把关键地方写全相同：

void start()?

{????

?????? sda=0;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=0;

?????? delay();

?????? scl=0;

}

先编程序，能不能读入数据

#include<reg52.h>

#define uchar unsigned char

sbit sda=P2^0;

sbit scl=P2^1;

uchar a;

void delay()

{ ;; }//空语句，延时时间大约5us

void start()? //起始信号

{????

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=0;

?????? delay();//见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P17的起始信号的图，SCL在SDA变成

//低电平之后变不变成低电平都可以，不影响起始信号的写入，所以这句的下面不用加上//SCL=0

}

void stop()?? //停止信号

{

?????? sda=0;//区分起始信号、停止信号、应答信号和非应答信号，与数据信号（在时钟scl

//拉高时，送数据，数据也是有0和1组成的）的区别就是：数据信号的范围包含了在时钟//scl高电平范围，见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P16，起始信号、停止信号是在时钟//scl由高到低变化之前就拉低，应答信号和非应答信号是在传送完数据再给的（每一个被传//送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位））

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();//见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P17的终止信号的图，SDA由低电平变成//高电平就完成了终止信号，SDA再变不变成低电平都不影响终止信号的写入，所以这句的//下面不用加上SDA=0，关键是把重要时间（图中的阴影区）的变化写在程序里，

}

void respons() ?//应答信号，是在传送完数据再给的，所以不会和传送数据混淆

{

?????? uchar i;

?????? scl=1;//在时钟为高电平时读取信号

?????? delay();

?????? while((sda==1)&&(i<250)) i++;//第一种情况是在前八位数据传送完，当sda变成零说明

//有应答，第二种情况是第九个时钟等待SDA变成低电平，如果超过这段时间还没给应答，//就自动认为给了应答，i从0计数到250就是这个计时作用；sda==1和i<250有一个不满

//足就退出while循环，继续往下执行

?????? scl=0;//把时钟拉低

?????? delay();

}

void init()//总线初始化

{

?????? sda=1;//见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P7的图，起始时SCL为高电平，SDA也

//为高电平

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

}

void write_byte(uchar date)//写一个字节（单片机向EEPROM写）

{

?????? uchar i,temp;

?????? temp=date;

?????? for(i=0;i<8;i++)

?????? {

????????????? temp=temp<<1;//temp左移一位就将最高位送入CY当中

????????????? scl=0; //scl拉高时才会送数据（读数据或送数据），所以开始先将scl拉低

?????? ??? delay();

????????????? sda=CY;? //单片机控制sda口（单片机的P2.0口）将temp的八位数据一位一位的

//都送到EEPROM中，这里先准备数据，准备好后把scl拉高，将八位数据送走

????????????? delay();

????????????? scl=1;//sda=CY就是准备数据，延时一会，数据稳定之后再开始让时钟为高电平，//开始送数据

????????????? delay();

?????? }

?????? scl=0;//scl为高电平期间将数据送走，scl为低电平时数据全送走

?????? delay();

?????? sda=1;//将数据总线释放，为了读完数据再读取应答信号，应答信号对应的sda为低电

//平，所以这里让sda为高电平为应答的低电平做准备；时钟来控制送数据，即使这里sda

//为高电平，时钟不给高电平，送不走sda，当想要送数据时将scl拉高，sda的高电平或低//电平（对应的一位数据）被送走

?????? delay();

}

uchar read_byte()//读一个字节（单片机从EEPROM读），一位一位的读回来，都放到一个字//节当中

{

?????? uchar i,k;

?????? scl=0;//scl拉高时才会送数据（读数据或送数据），所以开始先将scl拉低

?????? delay();

?????? sda=1;//这句可有可无

?????? delay();

?????? for(i=0;i<8;i++)

?????? {

????????????? scl=1;//scl为高电平时数据稳定，才开始读数据，这句可以放在k=(k<<1)|sda之下

????????????? delay();??

????????????? k=(k<<1)|sda;//要读入的数据会一位一位的送到sda里，再将八位数据都放到一个

//字节里

????????????? scl=0;//见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P7的图

????????????? delay();??

?????? }

?????? return k;

}

void delay1(uchar x)

{

?????? uchar a,b;

?????? for(a=x;a>0;a--)

?????? ?for(b=100;b>0;b--);

}

void main()

{

?????? init();

?????? start();//先从单片机向EEPROM写入数据，再由单片机向EEPROM读入数据

?????? write_byte(0xa0); //见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P22，AT24C系列E2PROM芯

//片地址的固定部分为1010，在TX-1C型单片机实验板原理图中A2、A1和A0都接地，第//8位是数据的传送方向位（R/T），这里是由单片机向EEPROM写入数据所以第8位是0，//所以写入从机地址是0xa0，即选中哪个EEPROM

?????? respons();

?????? write_byte(3);// EEPROM内部储存区的地址，即选中所用EEPROM中的哪个地址

?????? respons();

?????? write_byte(0xfe);//向EEPROM的地址3写入数据0xfe

?????? respons();

?????? stop();

??????

?????? delay1(100);//读和写之间时间间隔要大一些，否则会出错

?????? start();//由单片机向EEPROM读出数据，在指定地址处读数据，见AT24C02A的PDF

//的P11的Random Read；要先写选中的总线上哪个EERPOM对应的地址和该EEPROM的//储存地址，再开始读取该EEPROM的数据

?????? write_byte(0xa0);

?????? respons();

?????? write_byte(3);

?????? respons();

?????? start();

?????? write_byte(0xa1); //单片机向EEPROM读数据，所以第8位是1，设备地址+第8位，写//入EEPROM的地址是0xa1

?????? respons();

?????? P1=read_byte();

?????? stop();

?????? while(1);

}

编译时将晶振改为11.0592MHZ

用仿真芯片模拟，比如当调试中需要按下键盘，仿真芯片调试中可以，而在软件调试中则按不了键盘

调试时想跳出一个函数，可以在这个函数里设置断点

起始信号，终止信号，应答信号，写信号，读信号都是在SCL高电平期间内做的

调试按钮step into作用是进入一个函数中

完整函数：

#include<reg52.h>

#define uchar unsigned char

sbit sda=P2^0;

sbit scl=P2^1;

uchar a;

void delay()

{ ;; }

void start()? //开始信号

{????

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=0;

?????? delay();

}

void stop()?? //停止

{

?????? sda=0;

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

}

void respons()? //应答

{

?????? uchar i;

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? while((sda==1)&&(i<250))i++;

?????? scl=0;

?????? delay();

}

void init()

{

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? scl=1;

?????? delay();

}

void write_byte(uchar date)

{

?????? uchar i,temp;

?????? temp=date;

?????? for(i=0;i<8;i++)

?????? {

????????????? temp=temp<<1;

????????????? scl=0;//读和写的精髓：数据先准备好，在时钟scl的高电平期间送走，即scl=1

//和scl=0之间送走数据

?????? ??? delay();

????????????? sda=CY;

????????????? delay();

????????????? scl=1;

????????????? delay();

?????? }

?????? scl=0;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

}

uchar read_byte()

{

?????? uchar i,k;

?????? scl=0;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? for(i=0;i<8;i++)

?????? {

????????????? scl=1;

????????????? delay();??

????????????? k=(k<<1)|sda;

????????????? scl=0;

????????????? delay();??

?????? }

?????? return k;

}

void delay1(uchar x)

{

?????? uchar a,b;

?????? for(a=x;a>0;a--)

?????? ?for(b=100;b>0;b--);

}

void write_add(uchar address,uchar date)//在EEPROM存储区内部指定地址处写数据，见//AT24C02A的PDF的P11的Byte Write

{

?????? start();

?????? write_byte(0xa0); //见LESSON8_IIC总线协议的PPT的P22，AT24C系列E2PROM芯

//片地址的固定部分为1010，在TX-1C型单片机实验板原理图中A2、A1和A0都接地，第//8位是数据的传送方向位（R/T），这里是由单片机向EEPROM写入数据所以第8位是0，//所以写入从机地址是0xa0，即选中哪个EEPROM

?????? respons();

?????? write_byte(address); // EEPROM内部储存区的地址，即选中所用EEPROM中的哪个地

//址

?????? respons();

?????? write_byte(date); //向EEPROM的地址address写入数据date

?????? respons();

?????? stop();

}

uchar read_add(uchar address)//在指定地址处读数据，见AT24C02A的PDF的P11的Random //Read

{

?????? uchar date;

?????? start();

?????? write_byte(0xa0);

?????? respons();

?????? write_byte(address);

?????? respons();

?????? start();

?????? write_byte(0xa1);//单片机向EEPROM读数据，给设备地址，所以第8位是1，写入//EEPROM的地址是0xa1

?????? respons();//上面write_byte(address)已经确定在EEPROM中的哪个地址读或写数据，所//以就不用再写write_byte（新EEPROM内部存储器的地址）

?????? date=read_byte();//读一个字节的数据

?????? stop();

?????? return date;

}

void main()

{

?????? init();

?????? write_add(23,0x55);

?????? delay1(100);

?????? P1=read_add(23);

?????? while(1);

}

EEPROM有掉电存储功能，开发板上数码管在做加1计数，比如加到8，关闭电源，再打开电源数码管从8开始继续走，即关闭电源时EEPROM把8存储起来了；电源检测芯片实时保存数据

以后用到I2C总线上面这个程序都可以直接拿来用，在主函数中修改就可以，这就是C语言的方便的可移植性，我们编过的很多程序都可以移植，加以修改就可以使用

见AT24C02A的PPT的P11的Current Address Read（当前地址的读）图，比如从第五个地址开始写，写完之后地址加1变成6，那么再读数据的时候，就会读出地址6的数据，而上面的程序uchar read_add(uchar address)是要在指定地址处读数据，所以Current Address Read不适用上面的程序

课件练习：数码管做加1计数，利用EEPROM的掉电存储功能，控制两个数码管显示，掉电保存数据，开电源继续显示：

思路：每次上电就从EEPROM读取数据回来，每加一秒就将数据放回存储的位置，同时在数码管显示，每过一秒再放回去

我的思路：先把各种信号，读写，读写过程都写好，再试试读写一个字节让发光二极管点亮，再用定时器

编程中，我先把各种信号，读写，读写过程都写好，读写一个字节让发光二极管点亮也实现了，然后我编写数码管显示函数（主函数中只让数码管显示，隔开总线函数，这样可以不让总线干扰，看显示函数是否正确），也实现了，再使用中断，在主函数中实现写入数据和读出数据

我的程序：

#include<reg52.h>

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit sda=P2^0;

sbit scl=P2^1;

sbit dula=P2^6;

sbit wela=P2^7;

uchar code table[]={

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

0x39,0x5e,0x79,0x71

};

uchar num,shi,ge,flag;

void delay()

{;;}

void delay1(uint z)

{

?????? uchar x,y;

?????? for(x=z;x>0;x--)

????????????? for(y=110;y>0;y--);

}

void start()

{

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? sda=0;

?????? delay();

}

void stop()

{

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=0;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

}

void respons()

{

?????? uchar i;

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? while((sda==1) | (i<250)) i++;

?????? delay();

?????? scl=0;

?????? delay();

}

void write(uchar date)

{

?????? uchar i,temp;

?????? temp=date;

?????? for(i=0;i<8;i++)

?????? {

????????????? scl=0;

????????????? delay();

????????????? temp=temp<<1;

????????????? sda=CY;

????????????? delay();

????????????? scl=1;

????????????? delay();

?????? }

?????? scl=0;

?????? delay();

}

uchar read()

{

?????? uchar i,kk;

?????? for(i=0;i<8;i++)

?????? {

????????????? scl=0;

????????????? delay();

????????????? kk=(kk<<1)|sda;

????????????? delay();

????????????? scl=1;

????????????? delay();

?????? }

?????? scl=0;

?????? delay();

?????? return kk;

}

void write_byte(uchar address,uchar date)

{

?????? start();

?????? write(0xa0);

?????? respons();

?????? write(address);

?????? respons();

?????? write(date);

?????? respons();

?????? stop();

}

uchar read_byte(uchar address)

{

?????? uchar aa;

?????? start();

?????? write(0xa0);

?????? respons();

?????? write(address);

?????? respons();

?????? start();

?????? write(0xa1);

?????? respons();

?????? aa=read();

?????? stop();

?????? return aa;

}

void init()

{

?????? scl=1;

?????? delay();

?????? sda=1;

?????? delay();

?????? TMOD=0x01;

?????? TH0=(65536-50000)/256;

?????? TL0=(65536-50000)%256;

?????? EA=1;

?????? ET0=1;

?????? TR0=1;

}

void display()

{

?????? dula=1;

?????? P0=table[shi];

?????? dula=0;

?????? P0=0xff;

?????? wela=1;

?????? P0=0xfe;

?????? wela=0;

?????? delay1(5);//作用是让显示的数据保持住

?????? dula=1;

?????? P0=table[ge];

?????? dula=0;

?????? P0=0xff;

?????? wela=1;

?????? P0=0xfd;

?????? wela=0;

?????? delay1(5);

}

void main()

{

?????? init();

?????? shi=read_byte(3)/10;

?????? delay1(100);

?????? ge=read_byte(3)%10;

?????? delay1(100);

?????? display();

?????? while(1)

?????? {

????????????? if(flag==1)

????????????? {

???????????????????? flag=0;

???????????????????? write_byte(3,shi*10+ge);

???????????????????? delay1(100);

????????????? }

????????????? display();

?????? }

}

void timer0() interrupt 1

{

?????? TH0=(65536-50000)/256;

?????? TL0=(65536-50000)%256;

?????? num++;

?????? if(num==20)

?????? {

????????????? num=0;

????????????? ge++;

????????????? if(ge==10)

????????????? {

???????????????????? ge=0;

???????????????????? shi++;

???????????????????? if(shi==10)

??????????????????????????? shi=0;

????????????? }

????????????? flag=1;//为了不在定时器写数据，这里用一个标志位flag来控制些数据，因为写数据的延时很长会影响定时器的下次进入中断

?????? }

}