单片机proteus的调试步骤和方法（基于proteus的51单片机开发实例27-I2C总线的读写）
单片机proteus的调试步骤和方法（基于proteus的51单片机开发实例27-I2C总线的读写）需要说明的是，I2C总线的接口是开漏型的，其目的就是为了能够连接多个相同器件。所以进行I2C总线的电路设计时，需要加上拉电阻，如图所示。图2 I2C总线连接示意图目前有很多外围器件都是IC2总线，例如常见的EEPROM存储器AT24系列，日历时钟芯片PCF8563 DS1302，LCD驱动器PCF8576，AD转换器PCF8591等。I2C只有两根信号线：SDA-双向数据/地址线；SCL-串行时钟线。I2C总线上可以连接多个I2C器件，如下图所示。
1. 基于proteus的51单片机开发实例27-I2C总线的读写1.1. 实验目的
图1 I2C总线电路
本实例意在了解I2C总线的接口电路设计，IC总线数据的写入和读出。由于51单片机没有内置I2C模块，所以本实例中我们使用51单片机的I/O口模拟I2C总线的读写。
1.2. 设计思路在单片机系统设计中，完成一个功能的前提是首先了解该功能的实现原理，其次要知道完成该功能的电路设计，第三是能够实现编程控制。所以本例中我们要首先了解I2C器件的基础知识，以此进行电路设计，最后编程实现预期的功能。
1.3. 基础知识I2C总线是一种双向二进制总线，用于连接单片机和外围设备，是单片机应用系统中应用较多的串行总线之一。
目前有很多外围器件都是IC2总线，例如常见的EEPROM存储器AT24系列，日历时钟芯片PCF8563 DS1302，LCD驱动器PCF8576，AD转换器PCF8591等。
1.3.1. I2C总线接口I2C只有两根信号线：SDA-双向数据/地址线；SCL-串行时钟线。I2C总线上可以连接多个I2C器件，如下图所示。
图2 I2C总线连接示意图
需要说明的是，I2C总线的接口是开漏型的，其目的就是为了能够连接多个相同器件。所以进行I2C总线的电路设计时，需要加上拉电阻，如图所示。
既然I2C总线上可以挂多个器件，那么这些器件怎么一一识别呢？我们以AT24C02为例来说明。如下图所示。
A0，A1，A2作为地址设置端口，可以将这三个端口分别连接不同的电平，这样就能区别了。
前面我们学习的RS-232串口通信的数据发送和接收分别用不同的线，一根专门用来发送数据，另一根专门用来接收数据。而I2C总线的数据发送和接收都使用同一根线。I2C总线通信时，有主器件和从器件的区别。当某个器件向总线上发送数据时，这个器件就是主器件，而当这个器件从总线上接收数据时，它又变成了从器件。因此对于参与I2C通信的器件，主器件和从器件是相对的。
1.3.2. I2C总线器件的地址前面我们已经说过，I2C总线上可以挂接多个器件，每个器件都必须有唯一的地址，这样才能确保总线通信的正确性。I2C总线上所以期间的地址都按照一定的规范来设定。器件地址由7位二进制位组成，然后与一位读写控制位（方向位）合成一个字节的寻址字节（对于存储容量大的，寻址字节之外还要有高地址字节）。
寻址字节
1.3.3. I2C总线上的时钟信号
I2C总线上的数据传输必须在时钟信号的驱动下进行。
1.3.4. I2C总线的传输协议1.3.4.1. 起始和结束条件如下图所示。在数据传送时，必须确认数据传送的开始和结束。
I2C总线的开始和停止
开始条件
SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变。开始传送数据。
结束条件
SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变。结束传送数据。
1.3.4.2. 数据格式开始信号发出后，主器件送出的第一个字节是用来发送从器件地址的。数据的发送是按照字节数据高位在前，低位在后的原则发送的。前7位是地址码，第8位是方向位（通俗来说就是读写控制位，对于主器件来说，读数据是从从器件获得数据，写数据是向从器件发送数据）。I2C总线上的所以器件在收到开始信号后，将收到的第一个字节的数据与自己的地址比较，如果地址一致，则该器件被选定，然后该器件根据方向位进行数据的接收还是发送操作。
I2C总线数据传送采用时钟脉冲逐位串行传送方式。时序图如下。在SCL的低电平期间，SDA线上的数据可以变化。SCL高电平器件，SDA线上的数据必须保持不变。因为此时SDA状态的改变已被用来表示起始和结束条件。
I2C器件的数据交互
1.3.4.3. 响应I2C总线协议规定，每传送一个字节数据（包括地址和命令）完毕，都要有一个应答信号ACK，以确定数据传送是否正确。应答位的时钟脉冲由主器件产生，主器件需要在应答脉冲的高电平期间释放数据线SDA，转由从器件控制。通常的做法是从器件在这个时钟期间必须向SDA发送一个低电平，以产生有效的应答信号。表示接受正常，若接收不正常或不能产生应答信号，则保持SDA为高电平，此时，主器件产生一个停止信号，使传送异常结束。
1.4. 电路设计本实例使用常见的EEPROM存储器AT24C02。该芯片引脚图如下所示。
其中SCL-时钟线；SDA-数据线；WP-写保护，当该引脚接高电平，不允许写入数据，接地，不允许写入数据；A2A1A0-地址输入端，可通过接高电平或低电平确定芯片地址。
AT24C02引脚图
本实例的电路如图1所示。电路中单片机的P3.4和P3.4连接I2C器件AT24C02。P0口和P2口分别连接两个LED排，用于指示将要写入和读出的数据。
1.5. 程序设计本实例程序代码如下。
本程序实现的功能是，讲一个数据写入到I2C器件AT24C02的相应地址，同时将要写入的数据通过连接在P0口的8个发光二极管显示，然后读出该位置的数据，并通过连接P2口的8个发光二极管显示。
#include<AT89x51.h> //
#include<intrins.h> //
#define OP_READ 0xa1 //
#define OP_WRITE 0xa0 // Æ÷¼þµØÖ·ÒÔ¼°Ð´Èë²Ù×÷ 0xa1¼´Îª1010 0000B
sbit SDA=P3^4; //½«´®ÐÐÊý¾Ý×ÜÏßSDA붨ÒåÔÚΪP3.4Òý½Å
sbit SCL=P3^3; //½«´®ÐÐʱÖÓ×ÜÏßSDA붨ÒåÔÚΪP3.3Òý½Å
/*****************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÑÓʱ1ms
(3j 2)*i=(3¡Á33 2)¡Á10=1010(΢Ãë)£¬¿ÉÒÔÈÏΪÊÇ1ºÁÃë
***************************************************/
void delay1ms();
/*****************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÑÓʱÈô¸ÉºÁÃë
Èë¿Ú²ÎÊý£ºn
***************************************************/
void delaynms(unsigned int n);
//ÒÔÏÂÊǶÔAT24C02µÄ¶Áд²Ù×÷³ÌÐò
void start();
void stop();
unsigned char ReadData();
bit WriteCurrent(unsigned char y);
void WriteSet(unsigned char add unsigned char dat);
unsigned char ReadCurrent();
unsigned char ReadSet(unsigned char set_add);
/*********************************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÖ÷º¯Êý
***********************************************************************/
void main(void)
{
unsigned char sum=0x01; //´¢´æ¼ÆÊýÖµ
unsigned char x=0; //´¢´æ´ÓAT24C02¶Á³öµÄÖµ
P0=0xff;
while(1) //ÎÞÏÞÑ»·
{
P0=sum;
WriteSet(0x01 sum); //½«¼Æ¼þֵдÈëAT24C02ÖеÄÖ¸¶¨µØÖ·"0x01"
x=ReadSet(0x01); //´ÓAT24C02ÖжÁ³ö¼Æ¼þÖµ
P2=x;
delaynms(300);
sum ;
P0=sum;
WriteSet(0x01 sum); //½«¼Æ¼þֵдÈëAT24C02ÖеÄÖ¸¶¨µØÖ·"0x01"
x=ReadSet(0x01); //´ÓAT24C02ÖжÁ³ö¼Æ¼þÖµ
P2=x;
delaynms(300);
}
}
/*****************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÑÓʱ1ms
(3j 2)*i=(3¡Á33 2)¡Á10=1010(΢Ãë)£¬¿ÉÒÔÈÏΪÊÇ1ºÁÃë
***************************************************/
void delay1ms()
{
unsigned char i j;
for(i=0;i<10;i )
for(j=0;j<33;j )
;
}
/*****************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÑÓʱÈô¸ÉºÁÃë
Èë¿Ú²ÎÊý£ºn
***************************************************/
void delaynms(unsigned int n)
{
unsigned int i;
for(i=0;i<n;i )
delay1ms();
}
/*******************************************************************************
ÒÔÏÂÊǶÔAT24C02µÄ¶Áд²Ù×÷³ÌÐò
********************************************************************************/
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£º¿ªÊ¼Êý¾Ý´«ËÍ
***************************************************/
void start()
// ¿ªÊ¼Î»
{
SDA = 1; //SDA³õʼ»¯Îª¸ßµçƽ¡°1¡±
SCL = 1; //¿ªÊ¼Êý¾Ý´«ËÍʱ£¬ÒªÇóSCLΪ¸ßµçƽ¡°1¡±
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SDA = 0; //SDAµÄϽµÑر»ÈÏΪÊÇ¿ªÊ¼ÐźÅ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SCL = 0; //SCLΪµÍµçƽʱ£¬SDAÉÏÊý¾Ý²ÅÔÊÐí±ä»¯(¼´ÔÊÐíÒÔºóµÄÊý¾Ý´«µÝ£©
}
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£º½áÊøÊý¾Ý´«ËÍ
***************************************************/
void stop()
// ֹͣλ
{
SDA = 0; //SDA³õʼ»¯ÎªµÍµçƽ¡°0¡±
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SCL = 1; //½áÊøÊý¾Ý´«ËÍʱ£¬ÒªÇóSCLΪ¸ßµçƽ¡°1¡±
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SDA = 1; //SDAµÄÉÏÉýÑر»ÈÏΪÊǽáÊøÐźÅ
}
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£º´ÓAT24Cxx¶ÁÈ¡Êý¾Ý
³ö¿Ú²ÎÊý£ºx
***************************************************/
unsigned char ReadData()
// ´ÓAT24CxxÒÆÈëÊý¾Ýµ½MCU
{
unsigned char i;
unsigned char x; //´¢´æ´ÓAT24CxxÖжÁ³öµÄÊý¾Ý
for(i = 0; i < 8; i )
{
SCL = 1; //SCLÖÃΪ¸ßµçƽ
x<<=1; //½«xÖеĸ÷¶þ½øλÏò×óÒÆһλ
x|=(unsigned char)SDA; //½«SDAÉϵÄÊý¾Ýͨ¹ý°´Î»¡°»ò¡°ÔËËã´æÈëxÖÐ
SCL = 0; //ÔÚSCLµÄϽµÑضÁ³öÊý¾Ý
}
return(x); //½«¶ÁÈ¡µÄÊý¾Ý·µ»Ø
}
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÏòAT24CxxµÄµ±Ç°µØַдÈëÊý¾Ý
Èë¿Ú²ÎÊý£ºy (´¢´æ´ýдÈëµÄÊý¾Ý£©
***************************************************/
//ÔÚµ÷ÓôËÊý¾ÝдÈ뺯ÊýÇ°ÐèÊ×Ïȵ÷ÓÿªÊ¼º¯Êýstart() ËùÒÔSCL=0
bit WriteCurrent(unsigned char y)
{
unsigned char i;
bit ack_bit; //´¢´æÓ¦´ðλ
for(i = 0; i < 8; i ) // Ñ»·ÒÆÈë8¸öλ
{
SDA = (bit)(y&0x80); //ͨ¹ý°´Î»¡°Ó롱ÔËË㽫×î¸ßλÊý¾ÝË͵½S
//ÒòΪ´«ËÍʱ¸ßλÔÚÇ°£¬µÍλÔÚºó
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SCL = 1; //ÔÚSCLµÄÉÏÉýÑؽ«Êý¾ÝдÈëAT24Cxx
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SCL = 0; //½«SCLÖØÐÂÖÃΪµÍµçƽ£¬ÒÔÔÚSC£ÌÏßÐγɴ«ËÍÊý¾ÝËùÐèµÄ£¸¸öÂö³å
y <<= 1; //½«yÖеĸ÷¶þ½øλÏò×óÒÆһλ
}
SDA = 1; // ·¢ËÍÉ豸£¨Ö÷»ú£©Ó¦ÔÚʱÖÓÂö³åµÄ¸ßµçƽÆÚ¼ä(SCL=1)ÊÍ·ÅSDAÏߣ¬
//ÒÔÈÃSDAÏßתÓɽÓÊÕÉ豸(AT24Cxx)¿ØÖÆ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
SCL = 1; //¸ù¾ÝÉÏÊö¹æ¶¨£¬SCLӦΪ¸ßµçƽ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
_nop_(); //µÈ´ýÒ»¸ö»úÆ÷ÖÜÆÚ
ack_bit = SDA; //½ÓÊÜÉ豸£¨AT24Cxx)ÏòSDAË͵͵çƽ£¬±íʾÒѾ½ÓÊÕµ½Ò»¸ö×Ö½Ú
//ÈôË͸ߵçƽ£¬±íʾûÓнÓÊÕµ½£¬´«ËÍÒì³£
SCL = 0; //SCLΪµÍµçƽʱ£¬SDAÉÏÊý¾Ý²ÅÔÊÐí±ä»¯(¼´ÔÊÐíÒÔºóµÄÊý¾Ý´«µÝ£©
return ack_bit; // ·µ»ØAT24CxxÓ¦´ðλ
}
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£ºÏòAT24CxxÖеÄÖ¸¶¨µØַдÈëÊý¾Ý
Èë¿Ú²ÎÊý£ºadd (´¢´æÖ¸¶¨µÄµØÖ·£©£»dat(´¢´æ´ýдÈëµÄÊý¾Ý£©
***************************************************/
void WriteSet(unsigned char add unsigned char dat)
// ÔÚÖ¸¶¨µØÖ·addr´¦Ð´ÈëÊý¾ÝWriteCurrent
{
start(); //¿ªÊ¼Êý¾Ý´«µÝ
WriteCurrent(OP_WRITE); //Ñ¡ÔñÒª²Ù×÷µÄAT24CxxоƬ£¬²¢¸æÖªÒª¶ÔÆäдÈëÊý¾Ý
WriteCurrent(add); //дÈëÖ¸¶¨µØÖ·
WriteCurrent(dat); //Ïòµ±Ç°µØÖ·£¨ÉÏÃæÖ¸¶¨µÄµØÖ·£©Ð´ÈëÊý¾Ý
stop(); //Í£Ö¹Êý¾Ý´«µÝ
delaynms(4); //1¸ö×Ö½ÚµÄдÈëÖÜÆÚΪ1ms ×îºÃÑÓʱ1msÒÔÉÏ
}
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£º´ÓAT24CxxÖеĵ±Ç°µØÖ·¶ÁÈ¡Êý¾Ý
³ö¿Ú²ÎÊý£ºx (´¢´æ¶Á³öµÄÊý¾Ý£©
***************************************************/
unsigned char ReadCurrent()
{
unsigned char x;
start(); //¿ªÊ¼Êý¾Ý´«µÝ
WriteCurrent(OP_READ); //Ñ¡ÔñÒª²Ù×÷µÄAT24CxxоƬ£¬²¢¸æÖªÒª¶ÁÆäÊý¾Ý
x=ReadData(); //½«¶ÁÈ¡µÄÊý¾Ý´æÈëx
stop(); //Í£Ö¹Êý¾Ý´«µÝ
return x; //·µ»Ø¶ÁÈ¡µÄÊý¾Ý
}
/***************************************************
º¯Êý¹¦ÄÜ£º´ÓAT24CxxÖеÄÖ¸¶¨µØÖ·¶ÁÈ¡Êý¾Ý
Èë¿Ú²ÎÊý£ºset_add
³ö¿Ú²ÎÊý£ºx
***************************************************/
unsigned char ReadSet(unsigned char set_add)
// ÔÚÖ¸¶¨µØÖ·¶ÁÈ¡
{
start(); //¿ªÊ¼Êý¾Ý´«µÝ
WriteCurrent(OP_WRITE); //Ñ¡ÔñÒª²Ù×÷µÄAT24CxxоƬ£¬²¢¸æÖªÒª¶ÔÆäдÈëÊý¾Ý
WriteCurrent(set_add); //дÈëÖ¸¶¨µØÖ·
return(ReadCurrent()); //´ÓÖ¸¶¨µØÖ·¶Á³öÊý¾Ý²¢·µ»Ø
}
1.6. 实例仿真
编写程序代码，编译生成HEX文件，将HEX文件装载到proteus电路的单片机中，开始仿真，连接在P0口和P2口的两组发光二极管，看看他们显示的是否一致。
1.7. 总结
通过本例，我们学习了I2C总线的原理、电路设计、编程方法。
