51單片機基於I2C匯流排的秒錶模擬應用

来源:http://www.cnblogs.com/hughdong/archive/2017/06/12/6993583.html
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參考地址：

http://blog.csdn.net/junyeer/article/details/46480863

http://blog.csdn.net/bob_fly1984/article/details/22690381

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硬體結構：

  • SDA數據線
  • SCL時間線
  • 上拉電阻

    p.s. 當匯流排空閑狀態時，兩根線被上拉電阻拉高，保持高電平。連接匯流排上的任一器件輸出的低電平都將使匯流排的信號變低

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匯流排特征：

  • I2C匯流排上的每一個設備都可以作為主設備或從設備
  • 每個設備會對應一個唯一的地址，主從設備之間通過地址來確定與哪個器件通信

    p.s. 地址分為7位或10位，此處只介紹7位

  • 通常情況下，把CPU帶有I2C匯流排介面的模塊作為主設備，其他掛在匯流排上的作為從設備
  • 主從設備之間以位元組為單位進行雙向數據傳輸

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工作方式：

  • 主從工作方式：主器件啟動數據的發送，產生時鐘信號，發出停止信號

    p.s. 是沒有I2C匯流排硬體介面的單片機採用軟體模擬I2C匯流排常用的工作方式

  • 多主工作方式：需要匯流排競爭或仲裁

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通信時序（主從工作方式）：

  • 空閑狀態：
    • SCL和SDA保持高電平狀態
  • 忙狀態：

    p.s. SDA線必須在SCL時鐘的高電平周期才能保持穩定，SDA數據線的高或低電平狀態只能在SCL低電平時才能改變

    • 起始條件 S：
      • SCL為高電平，SDA下降沿1→0時，主器件產生起始信號
      • 起始信號產生後，匯流排處於忙狀態，其他I2C器件無法訪問匯流排
    • 停止條件 P：
      • SCL為高電平，SDA上升沿0→1時，主器件產生停止信號

        p.s. 非應答信號規定：當主機為接收設備，主機對最後一個位元組不應答，以向發送設備表示數據傳送結束

      • 停止條件產生後，主從設備釋放匯流排，匯流排再次處於空閑狀態

    • 傳輸過程：
      • 主設備在傳輸有效數據之前先指定從設備的地址，設備地址為7位時，再加一個最低位表示數據傳輸的方向，0表示主設備→從設備寫數據，1表示主設備讀數據。

        7位地址碼：其中DA3~DA0（硬體出廠時固有的地址編碼）及A2~A0（用戶設定）為從機地址

      • 主設備在SCL線上產生每個時鐘脈衝的過程中將在SDA線上傳輸一個bit
      • 當一個位元組按數據位從高到低順序傳輸完之後，接收設備將SDA拉為低電平，表示數據傳輸正確，回傳給主設備一個應答位。一個位元組傳輸完畢。

        p.s. 並不是所有的位元組傳輸都必須有一個應答位，比如：當從設備不能再接收主設備發送的數據時，從設備回傳一個非應答位

        在一次傳輸中可以傳輸多個位元組，圖中只畫出首位元組

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  • 當主機向從機發送1位元組數據時

    p.s. 實際上主從機的SDA信號是在同一根線上的，分開畫有助於理解各自的行為

  • 當主機從從機接收1位元組數據時

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AT24C02

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主要型號：

ATMEL公司生產的AT24C系列EEPROM中具有I2C匯流排介面。

這類晶元可以解決掉電而造成的數據丟失的問題，可以保存數據100年，擦寫100w次以上。

晶元地址固定部分為1010

型號

存儲容量

AT24C01

128*8

AT24C02

256*8

AT24C04

512*8

AT24C08

1024*4

AT24C16

2048*8

晶元特性：略

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引腳描述：

  • A0/A1/A2是3條地址線，用於確定晶元的硬體地址，在上圖系統中均接地，選擇000
  • 第4腳和第8腳為正負電源
  • 第5腳為SDA串列數據輸入/輸出，與單片機P3.5相連
  • 第6腳為SCL串列時鐘輸入線，與單片機P3.6相連
  • SDA和SCL都需要與正電源間接一個5.1k歐上拉電阻
  • 第7腳防寫功能接地
  • 24C02中帶有片內地址寄存器，每寫入或讀出一個數據位元組後，該地址寄存器自動+1，實現對下一個存儲單元的讀寫。為降低總的寫入時間，一次操作可以寫入多達8個位元組的數據。

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AT24C02應用實例

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設計要求：

  • 採用定時中斷方式，設計一個0~59s變化的秒錶，將每次顯示在數位管上的時間存入AT24C02中

   

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設計思路：

  • 通過定時器50ms觸發中斷，每次觸發中斷時中斷計數，到達1s時flag標識為1
  • 在死迴圈中始終顯示當前秒數
  • 每次秒數變化時寫入flag清零並寫入AT24C02中

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硬體清單及連線情況：

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實現代碼：

  1 #include <reg51.h>
  2 typedef unsigned char uchar;
  3 typedef unsigned int uint;
  4 sbit scl = P3 ^ 0;
  5 sbit sda = P3 ^ 1;
  6 uchar second = 0;
  7 uchar count = 0;
  8 bit flag = 0;
  9 uchar code table[] =
 10 {
 11     0xFC, 0x60, 0xDA, 0xF2, 0x66, 0xB6, 0xBE, 0xE0, 0xFE, 0xF6, 0xEE, 0x3E, 0x9C, 0x7A, 0x9E, 0x8E
 12 };
 13 void Init(); //初始化匯流排
 14 void Start(); //開始
 15 void Stop(); //停止
 16 void Respons(); //響應位
 17 uchar ReadByte(); //讀數據
 18 uchar ReadAddress(uchar address); //讀地址
 19 void WriteByte(uchar dat); //寫位元組
 20 void WriteAddress(uchar address, uchar dat); //寫地址
 21 void Display(); //顯示數位管
 22 void Delay1ms(uchar m); //延時1ms
 23 void Delay(); //延時2個機器周期
 24 void main()
 25 {
 26     /* 初始化匯流排 */
 27     Init();
 28     /* 初始化LED */
 29     P1 = 0xff;
 30     /* 設置定時器 */
 31     TMOD = 0x01;
 32     TH0 = (65536 - 50000) / 256;
 33     TL0 = (65536 - 50000) % 256;
 34     /* 中斷初始化 */
 35     EA = 1;
 36     ET0 = 1;
 37     /* 定時器開始 */
 38     TR0 = 1;
 39     /* 顯示數位管並寫入 */
 40     while(1)
 41     {
 42         if (flag == 1)
 43         {
 44             flag = 0;
 45             WriteAddress(2, second);
 46         }
 47         Display();
 48     }
 49 
 50 }
 51 void Init()
 52 {
 53     //空間狀態時SCL與SDA均保持高電平
 54     sda = 1;
 55     Delay();
 56     scl = 1;
 57     Delay();
 58 }
 59 void Start()
 60 {
 61     //SCL高電平情況下,SDA下降沿啟動
 62     sda = 1;
 63     Delay();
 64     scl = 1;
 65     Delay();
 66     sda = 0;
 67     Delay();
 68 }
 69 void Stop()
 70 {
 71     //SCL高電平情況下,SDA上升沿停止
 72     sda = 0;
 73     Delay();
 74     scl = 1;
 75     Delay();
 76     sda = 1;
 77     Delay();
 78 }
 79 void Respons()
 80 {
 81     //在SCL位為高電平時產生響應信號,數據傳輸正確時產生應答且SDA拉低
 82     uchar i;
 83     scl = 1; //此處scl拉高後在while迴圈中降低,參照時序圖
 84     Delay();
 85     while ((sda == 1) && (i < 255))
 86     {
 87         //SDA拉低時跳出迴圈,表示數據傳輸正確,產生應答.如果在一段時間內未收到應答,則不再等待跳出迴圈
 88         i++;
 89         scl = 0;
 90         Delay();
 91     }
 92 }
 93 void WriteAddress(uchar address, uchar dat)
 94 {
 95     Start(); //開始
 96     WriteByte(0xA0); //寫入 1010 0000 高4位為固定值,5-7位為A0 A1 A2,最低位0為寫操作標識
 97     Respons();
 98     WriteByte(address); //寫入 0000 0010
 99     Respons();
100     WriteByte(dat); //寫入數據(秒數)
101     Respons();
102     Stop(); //停止
103 }
104 void WriteByte(uchar dat)
105 {
106     uchar i, temp;
107     temp = dat; //將dat讀入temp
108     for (i = 0; i < 8; ++i)
109     {
110         temp = temp << 1; //temp左移,最高位移入CY
111         scl = 0; //SCL複位,等待最高位存入SDA後置位
112         Delay();
113         sda = CY; //CY在頭文件中已規定,通過SDA發送bit
114         Delay();
115         scl = 1; //SCL置位,延遲2個機器周期後複位
116         Delay();
117     }
118     scl = 0; //為最後一個SCL高電平複位
119     Delay();
120     sda = 1; //一個位元組數據發送完畢後置位準備響應
121     Delay();
122 }
123 uchar ReadAddress(uchar address)
124 {
125     uchar byte;
126     Start();
127     WriteByte(0xA0);
128     Respons();
129     WriteByte(address);
130     Respons();
131     Start();
132     WriteByte(0xA1); //寫入地址 1010 0001,讀寫標誌位1為讀
133     Respons();
134     byte = ReadByte();
135     Stop();
136     return byte;
137 }
138 uchar ReadByte()
139 {
140     uchar i, k;
141     scl = 0;
142     Delay();
143     sda = 1;
144     Delay();
145     for (i = 0; i < 8; ++i)
146     {
147         scl = 1;
148         Delay();
149         k = (k << 1) | sda;
150         scl = 0;
151         Delay();
152     }
153     return k;
154 }
155 void Display()
156 {
157     P2 = 0xfe;
158     P1 = table[second % 10];
159     Delay1ms(1);
160     P2 = 0xfd;
161     // P1 = table[second / 10 %10];
162     P1 = table[second / 10];
163     Delay1ms(1);
164     // P2 = 0xfb;
165     // P1 = table[second / 100];
166     // Delay1ms(5);
167 }
168 void Delay()
169 {
170     ;;
171 }
172 void Delay1ms(uchar m) //使用1ms時二極體閃爍,此處將y=110改成y=50
173 {
174     uchar x, y;
175     for (x = m; x > 0; ++x)
176         for (y = 50; y > 0; --y)
177             ;
178 }
179 void time()interrupt 1
180 {
181     TH0 = (65536 - 50000) / 256;
182     TL0 = (65536 - 50000) % 256;
183     count++;
184     if (count == 20)
185     {
186         count = 0;
187         flag = 1;
188         second++;
189         if (second == 60)
190             second = 0;
191     }
192 }


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