PIC单片机之I2C通信-主-从模式

我们今天来讲I2C通信。那I2C通信的特点是什么能。我们一般使用的串口 （半双工异步串行通信）与I2C 有什么区别呢。

    串口（半双工异步串行通信）：就是好像朋友在对话。我可以主动和你讲话，你也可以主动和我讲话。

    I2C：就好像上下级对话。一个领导面对一个或者多个员工。只有领导主动说话的份儿，下面的员工不能主动说话。只有领导问了，员工才能答。

    I2C通信

    I2C通信只需要两个引脚 一个数据线，一个时钟线。 数据线顾名思义就是用来传递数据的。时钟线是来决定数据传输的速度。当时钟线为高电平时，数据线上的数据才会被认为是有效的。

   数据线的 数据有四种状态 ： 高电平，低电平，下降沿（高电平变低电平），上升沿（低电平变高电平）。

   当时钟线为高电平时候这四种状态分别代表：1,0,起始位，停止位。

   如果我们发送的数据为十六进制的0x88即是二进制为10001000的数据是怎么发送的呢？我们就以此为例一步步讲解。

    1，常态

       在不发送任何数据的时候数据线和时钟线都为高电平。所以I2C通信在硬件设计，需要在数据线和时钟线上分别加上两个上拉电阻。

     2，起始

     当开始发送数据的时候 时钟线为高同时数据线从 高电平变低电平，代表开始发送数据。

     3，发送数据

     发送完起始位后 时钟线变为低电平，在发送每一位的数据之前时钟线有一段低电平，主要的作用是给数据线做电平变化用的。 

     我们现在要发送的第一个位是 1。

    1、时钟线为低，同时数据线从低电平变成高电平。

    2、接着时钟线变为高电平，此时接收方得知时钟线为高，便查看数据线为高电平 说明数据为 “1”。

    3、我们要发送的下一个位为0。时钟线再变为低，同时数据线从高电平变成低电平。

    4、接着时钟线再变为高电平，此时接收方得知时钟线为高，便查看数据线为低电平 说明数据为"0"。

    5、再下一个为还为0。时钟线再变为低，同时数据线一直保持低电平不变。

    6、接着时钟线再变为高电平，此时接收方得知时钟线为高，便查看数据线为低电平 说明数据为”0“。

    以此类推 直到发送完所有的位。

   4，应答（ACK）

    当接收方接收完一个字节的数据就要告诉对方我收到了。接收方如果接收到数据则控制数据线输出低电平。否则为高电平。

   5，停止

     没有下一个字节要发送，最后时钟线变为高电平后，数据线从低电平变为高电平。代表数据发送停止。

实例讲解： 使用单片机使用 RSM2257 电子音量控制芯片来控制音量。一个按键按下，声音变大，一个按键按下，声音变小。在加上一个按键，控制一个LED亮灭的程序。而且音量掉电保存。

 介绍RSM2257.

    子地址

      在I2C通信中每一个从设备都有个子地址，因为I2C支持一主多从，也就是说有一个主机可以连接多个从机。每个从机，都有个地址。就好像每个人的名字一样来区分不同的设备。下面是RSM2257接口协议,首先先发送RSM2257 设备地址 10001000.然后再发送数据。

     数据

         RSM2257的数据是用来表示音量大小的。我们控制两个音频通道，以10dB为单位降低或增加音量。从功能设置位表格中可知数据为 11100B2B1B0.

        B2B1B0的数值决定了音量。请详见 衰减设置位。

 单片机I2C通信初始化设置

   1、设置端口为输入

              TRISC0 = input;
              TRISC1 = input;

    2、设置模式 

           我们设置ssp1控制寄存器的 SSP1M<3:0>.我们需要的是I2C主模式。设置如下

           SSP1CON1bits.SSPM0 = 0;
           SSP1CON1bits.SSPM1 = 0;
           SSP1CON1bits.SSPM2 = 0;
           SSP1CON1bits.SSPM3 = 1;// I2C Master mode ,clock=Fosc/(4*(SSPxADD+1))

    3、设置时钟线频率RSM2257最大为100KHZ，我选择设置为50KHZ.

            使用计算公式clock=Fosc/(4*(SSPxADD+1)) 计算出SSP1ADD的值为0x9F;

             SSP1ADD=0x9F;

    4、开启I2C通信

           SSP1CON1bits.SSPEN = 1;

单片机I2C发送程序

   1、发送起始位

    SSP1CON2bits.SEN = 1;//Start condition
    while(SSP1CON2bits.SEN == 1);//waiting for Start condition completed.

  2、发送地址
    PIR1bits.SSP1IF = 0;
    SSP1BUF = 0x88;//Device Address
    while(PIR1bits.SSP1IF == 0);
    PIR1bits.SSP1IF = 0;
    // ~ACK  我们不理会接收方有没有应答。
  3、发送 10db音量控制的数据
    SSP1BUF = tx_data;//Data 10db level
    while(PIR1bits.SSP1IF == 0);
    PIR1bits.SSP1IF = 0;
 4、发送1db音量控制的数据
   //  ~ACK
    SSP1BUF = 0xD0;//Data 1db level
    while(PIR1bits.SSP1IF == 0);
    PIR1bits.SSP1IF = 0;

  5，发送停止位
   //  ~ACK
    SSP1CON2bits.PEN = 1;//Stop condition

   关于I2C通信协议，RSM2257，PIC MSSP 模块设置成I2C，更详细的内容就必须去看数据手册了。

实例程序：程序分为main.c 和 define.h两个文件 芯片PIC16LF1823,开发环境MPLAB X IDE.

   define.h文件

/**********RA*********/
//B'1111,1000'H F8
#define LED_SW  RA5//IN
#define UP_SW   RA4//IN
#define DOWN_SW RA3//IN
#define LED     RA2//OUT
//RA1
//RA0
/**********RC***********/
//H FF
//RC0   SCL
//RC1   SDA
#define input 1
#define LED_VALUE  1
#define UP_VALUE   2
#define DOWN_VALUE 3
#define key_delay  300

 main.c文件

#include
#include"define.h"
__CONFIG(FOSC_INTOSC&WDTE_OFF&PWRTE_ON&MCLRE_OFF&CP_ON&CPD_OFF&BOREN_ON

                                                          &CLKOUTEN_OFF&IESO_ON&FCMEN_ON);
__CONFIG(PLLEN_OFF&LVP_OFF) ;
void tx_pro(unsigned char tx_db);
unsigned char DB_VALUE;
void init_fosc(void)
{
 OSCCON = 0xF0;//32MHZ
}
void init_gpio(void)
{
 PORTA=0;
 LATA =0;
 ANSELA=0x00;
 TRISA =0xF8;


 PORTC=0;
 LATC=0;
 ANSELC = 0x00;
 TRISC =0xFF;
}
void init_i2c_master()
{
    TRISC0 = input;
    TRISC1 = input;
    SSP1CON1bits.SSPM0 = 0;
    SSP1CON1bits.SSPM1 = 0;
    SSP1CON1bits.SSPM2 = 0;
    SSP1CON1bits.SSPM3 = 1;// I2C Master mode ,clock=Fosc/(4*(SSPxADD+1))
    SSP1STATbits.SMP = 1;
    SSP1ADD = 0x9F;//SCL CLOCK Frequency 50KHZ
    SSP1CON1bits.SSPEN = 1;
}
void i2c_master_tx(unsigned char tx_data)
{
    SSP1CON2bits.SEN = 1;//Start condition
    while(SSP1CON2bits.SEN == 1);//waiting for Start condition completed.


    PIR1bits.SSP1IF = 0;
    SSP1BUF = 0x88;//Device Address
    while(PIR1bits.SSP1IF == 0);
    PIR1bits.SSP1IF = 0;
    // ~ACK
    
    SSP1BUF = tx_data;//Data 10db level
    while(PIR1bits.SSP1IF == 0);
    PIR1bits.SSP1IF = 0;
    
   //  ~ACK
    SSP1BUF = 0xD0;//Data 1db level
    while(PIR1bits.SSP1IF == 0);
    PIR1bits.SSP1IF = 0;
   //  ~ACK
    SSP1CON2bits.PEN = 1;//Stop condition
}
void delay(unsigned int n)
{
    while(n--);
}
unsigned char key_board(void)
{
    if(LED_SW==1)
    {
        delay(key_delay);
        if(LED_SW==1)
        {
            while(LED_SW==1);
            return LED_VALUE;
        }
    }
    if(UP_SW==1)
    {
        delay(key_delay);
        if(UP_SW==1)
        {
            while(UP_SW==1);
            return UP_VALUE;
        }
    }
    if(DOWN_SW==1)
    {
        delay(key_delay);
         if(DOWN_SW==1)
        {
            while(DOWN_SW==1);
            return DOWN_VALUE;
        }


    }
    return 0;


}
void DB_INC(void)
{
    if(DB_VALUE < 7)
    {
        DB_VALUE++;
        eeprom_write(0x00, DB_VALUE);//将音量值保存到EEPROM这样掉电后数据也不会丢失。
        tx_pro(DB_VALUE);
    }




}
void DB_DEC(void)
{
    if(DB_VALUE  > 0)
    {
        DB_VALUE --;
        eeprom_write(0x00, DB_VALUE);
        tx_pro(DB_VALUE);
    }
}
void tx_pro(unsigned char tx_db)
{
    tx_db |= 0xE0;           //将高三位设置为1。表示两个音频通道，以10dB为单位降低或增加音量
    i2c_master_tx(tx_db);//I2C发送数据程序
}
/*
 * 
 */
int main(int argc, char** argv) {
    unsigned char keyvalue;
    init_fosc();
    init_gpio();
    init_i2c_master();
    LED=0;
    DB_VALUE= eeprom_read(0x00);//读eeprom 中保存的音量值
    if(DB_VALUE > 7)//如果之前没有设置过则音量不衰减
    {
      DB_VALUE = 0;
    }
    tx_pro(DB_VALUE);//用I2C通信设置RSM2257的音量
    while(1)
    {
         keyvalue=key_board();//判断按键程序，
         switch(keyvalue) 
         {
             case LED_VALUE://LED按键按下
             {
                 LED = ~LED;
             };break;
             case UP_VALUE://音量加
             {
                 DB_INC();            
             };break;
             case DOWN_VALUE://音量减
             {
                 DB_DEC();        
             };break;
         }
    }
}

从模式：

网上有许多讲解单片机 实现I2C主模式，但是从模式的很少。我现在就来讲讲PIC单片机使用MSSP模块实现I2C从模式。

    有关I2C协议的具体介绍可以看 《PIC单片机之I2C（主模式）》，我们这里直接讲解实例

    实例讲解：我们模仿 AT24C02 EEPROM 的协议。让一个主模式的单片机，来读取从模式单片机的数据。 

      下面为AT24C02的随机地址读取的协议。

           第一个字节 ：输入7位地址和一位的写状态位，

           第二个字节：然后写入EEPROM数据地址，

           第三个字节：输入7位地址和一位的读状态位，

           第四~N个字节：读出的EEPROM的数据。

       我们来讲解下程序的基本思路：我们使能了MSSP中断，即是I2C接收中断，当PIC单片机接收到一个数据后就会产生中断。那是接收到设备地址，还是接收到数据，由SSP1STAT寄存器的状态位来判断。

需要判断的状态位分别是 ：

       数据和地址：  用来判断接收到是地址还是数据

       启动位：         用来判断是否接收到启动位

       读写：             用来判断是写状态还是读状态。

       缓存满：        用来判断缓冲区是否满

    我们以随机地址读取为例：讲讲程序执行的过程

     1，从单片机接收到启示位和设备地址中断：我们判断SSP1STAT的状态位为（写状态，地址，缓存满，接收到启示位） 然后读取缓存中的设备地址， 接着在读取 需要读/写的数据地址。

     2，单片机再次接收到设备地址：我们判断是SSP1STAT的状态为（读状态）然后从设备就输出数据

   我们以写字节数据为例：

1，从单片机接收到启示位和设备地址中断：我们判断SSP1STAT的状态位为（写状态，地址，缓存满，接收到启示位） 然后读取缓存中的设备地址， 接着在读取 需要读/写的数据地址。

  2，单片机判断SSP1STAT的状态位为（写状态，数据，缓存满）那么单片机就接收输入的数据。

     初始化设置：

     1，设置I2C通信的两引脚为CLK SCL为输入，

          TRISB6 = input;
          TRISB4 = input;

     2，将MSSP设置为I2C从模式，七位从地址

           SSP1CONbits.SSPM0 = 0;
           SSP1CONbits.SSPM1 = 1;
           SSP1CONbits.SSPM2 = 1;
           SSP1CONbits.SSPM3 = 0;// I2C slave mode ,7bit address

      3，使能CLK时钟

        SSP1CONbits.CKP = 1; // enable clock

      4,设置从设备地址为 0xA0

      SSP1ADD =0xA0;       //slave address is 0xa0

      5，开启I2C

      SSP1CONbits.SSPEN=1;//enable I2c

      6，清楚状态标志
      SSPSTAT=0;
     7,使能I2C中断
     PIE1bits.SSP1IE = 1;//Enabe interrupt MSSP
     INTCONbits.PEIE = 1;
     INTCONbits.GIE =  1;

    如果你要使用PIC单片机I2C从模式只要使用下面的代码：

  将void i2c_salve_interrupt_tx();void i2c_salve_interrupt_rx();放到中断程序中，如下：

void interrupt isr(void)
{
      if(SSP1IE && SSP1IF)
   {
        i2c_salve_interrupt_tx();
        i2c_salve_interrupt_rx();
        SSP1IF=0;
   }

}

 将初始化函数init_i2c_slave()；放到主函数中

void main()

{

  init_i2c_slave();

}

头文件 :i2c_salve.h

#ifndef _I2C_SALVE_H
#define _I2C_SALVE_H
void init_i2c_slave();
void i2c_salve_interrupt_tx();
void i2c_salve_interrupt_rx();
#endif

代码：i2c_salve.c

   #include;
#define input  1

#define  RX_BUF_LEN  29

#define  while_delay 6000

unsigned char i2c_address,word_address,Register[29];
unsigned  char RANDOM_READ,i2c_counter;
extern unsigned char A_readflag;
/*I2C SALVE */
void init_i2c_slave()
{
    TRISB6 = input;
    TRISB4 = input;
    SSP1CONbits.SSPM0 = 0;
    SSP1CONbits.SSPM1 = 1;
    SSP1CONbits.SSPM2 = 1;
    SSP1CONbits.SSPM3 = 0;// I2C slave mode ,7bit address
    SSP1CONbits.CKP = 1; // enable clock
    SSP1ADD =0xA0;       //slave address is 0xa0

    SSP1CONbits.SSPEN=1;//enable I2c
    SSPSTAT=0;


    PIE1bits.SSP1IE = 1;//Enabe interrupt MSSP
    INTCONbits.PEIE = 1;
    INTCONbits.GIE =  1;


}
/*I2C salve mode interrupt */
void i2c_salve_interrupt_tx()//master read
{
    unsigned char Temp;
    unsigned int  timercounter;


    Temp=SSP1STAT;
    Temp &= 0x2D;
    if(SSP1STATbits.R_nW ==1)//Read operation.
    {
                A_readflag=0;
              SSP1IF = 0;
              i2c_address =  SSP1BUF;
              i2c_counter = word_address;
             while(i2c_counter < RX_BUF_LEN)
             {
               SSP1BUF=Register[i2c_counter];//send data
               SSP1CONbits.CKP=1;// enable colck
               timercounter=while_delay;
             while(PIR1bits.SSP1IF == 0)
               {
                 timercounter--;
                 if(timercounter==0)
                 {
                     return;
                 }
                }//waiting for ~ACK
               SSP1IF = 0;
             if(SSP1CON2bits.ACKSTAT == 1)
              {
                return ; //NOACK
               }
               else
              {
              i2c_counter++;//ACK
            
               }
             }
            SSP1IF = 0;
    }
 }
 


void i2c_salve_interrupt_rx()//master writer
{
    unsigned char rx_status;
    unsigned char Temp;
    unsigned int  timercounter;
    rx_status=false;
    Temp=SSP1STAT;
    Temp &= 0x2D;
    if(Temp==0x09)//Write operation,last byte was an address,buffer is full
    {


         SSP1IF = 0;
         i2c_address =  SSP1BUF;
         timercounter=while_delay;
          while(PIR1bits.SSP1IF == 0)
          {
              timercounter--;
              if(timercounter==0)
               {
                     return ;
               }


          }//waiting for send ~ACK
          SSP1IF = 0;
          word_address = SSP1BUF;
          return ;
    }
    if(Temp==0x29)//Write operation,last byte was data,buffer is full
    {
        
        SSP1IF=0;
        Register[word_address]=SSP1BUF;
        word_address++;
        if(word_address>=RX_BUF_LEN)
            {
                word_address=0;
            }
    }


}