標(biāo)題: 第14章 I2C總線與EEPROM [打印本頁]
作者: admin    時(shí)間: 2013-9-28 15:25
標(biāo)題: 第14章 I2C總線與EEPROM
  本教材現(xiàn)以連載的方式由網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，并將于2014年由清華大學(xué)出版社出版最終完整版，版權(quán)歸作者和清華大學(xué)出版社所有。本著開源、分享的理念，本教材可以自由傳播及學(xué)習(xí)使用，但是務(wù)必請(qǐng)注明出處來自金沙灘工作室
                 前幾章我們學(xué)了一種通信協(xié)議叫做UART異步串口通信，這節(jié)課我們要來學(xué)習(xí)第二種常用的通信協(xié)議I2C。I2C總線是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，多用于連接微處理器及其外圍設(shè)備。I2C總線的主要特點(diǎn)是接口方式簡(jiǎn)單，兩條線可以掛多個(gè)參與通信的器件，即多機(jī)模式，而且任何一個(gè)器件都可以作為主機(jī)，當(dāng)然同一時(shí)刻只能一個(gè)主機(jī)。

從原理上來講，UART屬于異步通信，比如電腦發(fā)送給單片機(jī)，電腦只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)通過TXD發(fā)送出來即可，接收數(shù)據(jù)是單片機(jī)自己的事情。而I2C屬于同步通信，SCL時(shí)鐘線負(fù)責(zé)收發(fā)雙方的時(shí)鐘節(jié)拍，SDA數(shù)據(jù)線負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)。I2C的發(fā)送方和接收方都以SCL這個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍為基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。
從應(yīng)用上來講，UART通信多用于板間通信，比如單片機(jī)和電腦，這個(gè)設(shè)備和另外一個(gè)設(shè)備之間的通信。而I2C多用于板內(nèi)通信，比如單片機(jī)和我們本章要學(xué)的EEPROM之間的通信。
14.1 I2C時(shí)序初步認(rèn)識(shí)
在硬件上，I2C總線是由時(shí)鐘總線SCL和數(shù)據(jù)總線SDA兩條線構(gòu)成，連接到總線上的所有的器件的SCL都連到一起，所有的SDA都連到一起。I2C總線是開漏引腳并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，因此我們外部要添加上拉電阻。對(duì)于開漏電路外部加上拉電阻的話，那就組成了線“與”的關(guān)系。總線上線“與”的關(guān)系，那所有接入的器件保持高電平，這條線才是高電平。而任意一個(gè)器件輸出一個(gè)低電平，那這條線就會(huì)保持低電平，因此可以做到任何一個(gè)器件都可以拉低電平，也就是任何一個(gè)器件都可以作為主機(jī)，如圖14-1所示，我們添加了R63和R64兩個(gè)上拉電阻。

圖14-1 I2C總線的上拉電阻
雖然說任何一個(gè)設(shè)備都可以作為主機(jī)，但絕大多數(shù)情況下我們都是用微處理器，也就是我們的單片機(jī)來做主機(jī)，而總線上掛的多個(gè)器件，每一個(gè)都像電話機(jī)一樣有自己唯一的地址，在信息傳輸?shù)倪^程中，通過這唯一的地址可以正常識(shí)別到屬于自己的信息，在我們的KST-51開發(fā)板上，就掛接了2個(gè)I2C設(shè)備，一個(gè)是24C02，一個(gè)是PCF8591。
我們?cè)趯W(xué)習(xí)UART串行通信的時(shí)候，知道了我們的通信流程分為起始位、數(shù)據(jù)位、停止位這三部分，同理在I2C中也有起始信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸和停止信號(hào)，如圖14-2所示。
         
圖14-2 I2C時(shí)序流程圖
從圖上可以看出來，I2C和UART時(shí)序流程有相似性，也有一定的區(qū)別。UART每個(gè)字節(jié)中，都有一個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和1位停止位。而I2C分為起始信號(hào)，數(shù)據(jù)傳輸部分，最后是停止信號(hào)。其中數(shù)據(jù)傳輸部分，可以一次通信過程傳輸很多個(gè)字節(jié)，字節(jié)數(shù)是不受限制的，而每個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)最后也跟了一位，這一位叫做應(yīng)答位，通常用ACK表示，有點(diǎn)類似于UART的停止位。
下面我們一部分一部分的把I2C通信時(shí)序進(jìn)行剖析。之前我們學(xué)過了UART，所以學(xué)習(xí)I2C的過程我盡量拿UART來作為對(duì)比，這樣有助于更好的理解。但是有一點(diǎn)大家要理解清楚，就是UART通信雖然我們用了TXD和RXD兩根線，但是實(shí)際一次通信，1條線就可以完成，2條線是把發(fā)送和接收分開而已，而I2C每次通信，不管是發(fā)送還是接收，必須2條線都參與工作才能完成，為了更方便的看出來每一位的傳輸流程，我們把圖14-2改進(jìn)成圖14-3。
           
圖14-3 I2C通信流程解析
起始信號(hào)：UART通信是從一直持續(xù)的高電平出現(xiàn)一個(gè)低電平標(biāo)志起始位；而I2C通信的起始信號(hào)的定義是SCL為高電平期間，SDA由高電平向低電平變化產(chǎn)生一個(gè)下降沿，表示起始信號(hào)，如圖14-3中的start部分所示。
數(shù)據(jù)傳輸：首先，UART是低位在前，高位在后；而I2C通信是高位在前，低位在后。第二，UART通信數(shù)據(jù)位是固定長(zhǎng)度，波特率分之一，一位一位固定時(shí)間發(fā)送完畢就可以了。而I2C沒有固定波特率，但是有時(shí)序的要求，要求當(dāng)SCL在低電平的時(shí)候，SDA允許變化，也就是說，發(fā)送方必須先保持SCL是低電平，才可以改變數(shù)據(jù)線SDA，輸出要發(fā)送的當(dāng)前數(shù)據(jù)的一位；而當(dāng)SCL在高電平的時(shí)候，SDA絕對(duì)不可以變化，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候，接收方要來讀取當(dāng)前SDA的電平信號(hào)是0還是1，因此要保證SDA的穩(wěn)定不變化，如圖14-3中的每一位數(shù)據(jù)的變化，都是在SCL的低電平位置。8為數(shù)據(jù)位后邊跟著的是一位響應(yīng)位，響應(yīng)位我們后邊還要具體介紹。
停止信號(hào)：UART通信的停止位是一位固定的高電平信號(hào)；而I2C通信停止信號(hào)的定義是SCL為高電平期間，SDA由低電平向高電平變化產(chǎn)生一個(gè)上升沿，表示結(jié)束信號(hào)，如圖14-3中的stop部分所示。
14.2 I2C尋址模式
上一節(jié)介紹的是I2C每一位信號(hào)的時(shí)序流程，而I2C通信在字節(jié)級(jí)的傳輸中，也有固定的時(shí)序要求。I2C通信的起始信號(hào)(Start)后，首先要發(fā)送一個(gè)從機(jī)的地址，這個(gè)地址一共有7位，緊跟著的第8位是數(shù)據(jù)方向位(R/W)，‘0’表示接下來要發(fā)送數(shù)據(jù)(寫)，‘1’表示接下來是請(qǐng)求數(shù)據(jù)(讀)。
我們知道，打電話的時(shí)候，當(dāng)撥通電話，接聽方撿起電話肯定要回一個(gè)“喂”，這就是告訴撥電話的人，這邊有人了。同理，這個(gè)第九位ACK實(shí)際上起到的就是這樣一個(gè)作用。當(dāng)我們發(fā)送完了這7位地址和1位方向位，如果我們發(fā)送的這個(gè)地址確實(shí)存在，那么這個(gè)地址的器件應(yīng)該回應(yīng)一個(gè)ACK‘0’，如果不存在，就沒“人”回應(yīng)ACK。
那我們寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，訪問一下我們板子上的EEPROM的地址，另外在寫一個(gè)不存在的地址，看看他們是否能回一個(gè)ACK，來了解和確認(rèn)一下這個(gè)問題。
我們板子上的EEPROM器件型號(hào)是24C02，在24C02的數(shù)據(jù)手冊(cè)3.6部分說明了，24C02的7位地址中，其中高4位是固定的1010，而低3位的地址取決于我們電路的設(shè)計(jì),由芯片上的A2、A1、A0這3個(gè)引腳的實(shí)際電平?jīng)Q定，來看一下我們的24C02的電路圖，如圖14-4所示。
圖14-4 24C02原理圖
從圖14-4可以看出來，我們的A2、A1、A0都是接的GND，也就是說都是0，因此我們的7位地址實(shí)際上是二進(jìn)制的1010000，也就是0x50。我們用I2C的協(xié)議來尋址0x50，另外再尋址一個(gè)不存在的地址0x62，尋址完畢后，把返回的ACK顯示到我們的1602液晶上，大家對(duì)比一下。
/***********************lcd1602.c文件程序源代碼*************************/
#include <reg52.h>

#define LCD1602_DB   P0

sbit LCD1602_RS = P1^0;
sbit LCD1602_RW = P1^1;
sbit LCD1602_E  = P1^5;

void LcdWaitReady()  //等待液晶準(zhǔn)備好
{
    unsigned char sta;

    LCD1602_DB = 0xFF;
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 1;
    do
    {
        LCD1602_E = 1;
        sta = LCD1602_DB; //讀取狀態(tài)字
        LCD1602_E = 0;
    } while (sta & 0x80); //bit7等于1表示液晶正忙，重復(fù)檢測(cè)直到其等于0為止
}
void LcdWriteCmd(unsigned char cmd)  //寫入命令函數(shù)
{
    LcdWaitReady();
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = cmd;
    LCD1602_E  = 1;
    LCD1602_E  = 0;
}
void LcdWriteDat(unsigned char dat)  //寫入數(shù)據(jù)函數(shù)
{
    LcdWaitReady();
    LCD1602_RS = 1;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = dat;
    LCD1602_E  = 1;
    LCD1602_E  = 0;
}
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str)  //顯示字符串，屏幕起始坐標(biāo)(x,y)，字符串指針str
{
    unsigned char addr;

    //由輸入的顯示坐標(biāo)計(jì)算顯示RAM的地址
    if (y == 0)
        addr = 0x00 + x; //第一行字符地址從0x00起始
    else
        addr = 0x40 + x; //第二行字符地址從0x40起始

    //由起始顯示RAM地址連續(xù)寫入字符串
    LcdWriteCmd(addr | 0x80); //寫入起始地址
    while (*str != '\0')      //連續(xù)寫入字符串?dāng)?shù)據(jù)，直到檢測(cè)到結(jié)束符
    {
        LcdWriteDat(*str);
        str++;
    }
}
void LcdInit()  //液晶初始化函數(shù)
{
    LcdWriteCmd(0x38);  //16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口
    LcdWriteCmd(0x0C);  //顯示器開，光標(biāo)關(guān)閉
    LcdWriteCmd(0x06);  //文字不動(dòng)，地址自動(dòng)+1
    LcdWriteCmd(0x01);  //清屏
}
/*************************main.c文件程序源代碼**************************/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define I2CDelay()  {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}

sbit I2C_SCL = P3^7;
sbit I2C_SDA = P3^6;

bit I2CAddressing(unsigned char addr);
extern void LcdInit();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);

void main ()
{
    bit ack;
    unsigned char str[10];

    LcdInit();        //初始化液晶

    ack = I2CAddressing(0x50); //查詢地址為0x50的器件
    str[0] = '5';              //將地址和應(yīng)答值轉(zhuǎn)換為字符串
    str[1] = '0';
    str[2] = ':';
    str[3] = (unsigned char)ack + '0';
    str[4] = '\0';
    LcdShowStr(0, 0, str);     //顯示到液晶上

    ack = I2CAddressing(0x62); //查詢地址為0x62的器件
    str[0] = '6';              //將地址和應(yīng)答值轉(zhuǎn)換為字符串
    str[1] = '2';
    str[2] = ':';
    str[3] = (unsigned char)ack + '0';
    str[4] = '\0';
    LcdShowStr(8, 0, str);     //顯示到液晶上

    while(1)
    {}
}

void I2CStart()  //產(chǎn)生總線起始信號(hào)
{
    I2C_SDA = 1; //首先確保SDA、SCL都是高電平
    I2C_SCL = 1;
    I2CDelay();
    I2C_SDA = 0; //先拉低SDA
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0; //再拉低SCL
}
void I2CStop()   //產(chǎn)生總線停止信號(hào)
{
    I2C_SCL = 0; //首先確保SDA、SCL都是低電平
    I2C_SDA = 0;
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1; //先拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SDA = 1; //再拉高SDA
    I2CDelay();
}
bit I2CWrite(unsigned char dat) //I2C總線寫操作，待寫入字節(jié)dat，返回值為從機(jī)應(yīng)答位的值
{
    bit ack;  //用于暫存應(yīng)答位的值
    unsigned char mask;  //用于探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量

    for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //從高位到低位依次進(jìn)行
    {
        if ((mask&dat) == 0)  //該位的值輸出到SDA上
            I2C_SDA = 0;
        else
            I2C_SDA = 1;
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;          //拉高SCL
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;          //再拉低SCL，完成一個(gè)位周期
    }
    I2C_SDA = 1;   //8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，主機(jī)釋放SDA，以檢測(cè)從機(jī)應(yīng)答
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    I2CDelay();
    ack = I2C_SDA; //讀取此時(shí)的SDA值，即為從機(jī)的應(yīng)答值
    I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成應(yīng)答位，并保持住總線

    return ack;    //返回從機(jī)應(yīng)答值
}
bit I2CAddressing(unsigned char addr) //I2C尋址函數(shù)，即檢查地址為addr的器件是否存在，返回值為其應(yīng)答值，即應(yīng)答則表示存在，非應(yīng)答則表示不存在
{
    bit ack;

    I2CStart();  //產(chǎn)生起始位，即啟動(dòng)一次總線操作
    ack = I2CWrite(addr<<1);  //器件地址需左移一位，因?qū)ぶ访畹淖畹臀粸樽x寫位，用于表示之后的操作是讀或?qū)?/font>
    I2CStop();   //不需進(jìn)行后續(xù)讀寫，而直接停止本次總線操作

    return ack;
}
我們把這個(gè)程序在KST-51開發(fā)板上運(yùn)行完畢，會(huì)在液晶上邊顯示出來我們預(yù)想的結(jié)果，主機(jī)發(fā)送一個(gè)存在的從機(jī)地址，從機(jī)會(huì)回復(fù)一個(gè)應(yīng)答位；主機(jī)如果發(fā)送一個(gè)不存在的從機(jī)地址，就沒有從機(jī)應(yīng)答。
前邊我有提到過有一個(gè)利用庫(kù)函數(shù)_nop_()來進(jìn)行精確延時(shí)，一個(gè)_nop_()的時(shí)間就是一個(gè)機(jī)器周期，這個(gè)庫(kù)函數(shù)是包含在了intrins.h這個(gè)庫(kù)文件中，我們?nèi)绻褂眠@個(gè)庫(kù)函數(shù)，只需要在程序最開始，和包含reg52.h一樣，include<intrins.h>之后，我們程序就可以直接使用這個(gè)庫(kù)函數(shù)了。
還有一點(diǎn)要提一下，I2C通信分為低速模式100kbit/s，快速模式400kbit/s和高速模式3.4Mbit/s。因?yàn)樗械?/font>I2C器件都支持低速，但卻未必支持另外兩種速度，所以作為通用的I2C程序我們選擇100k這個(gè)速率來實(shí)現(xiàn)，也就是說實(shí)際程序產(chǎn)生的時(shí)序必須小于等于100k的時(shí)序參數(shù)，很明顯也就是要求SCL的高低電平持續(xù)時(shí)間都不短于5us，因此我們?cè)跁r(shí)序函數(shù)中通過插入I2CDelay()這個(gè)總線延時(shí)函數(shù)（它實(shí)際上就是4個(gè)NOP指令，用define在文件開頭做了定義），加上改變SCL值語句本身占用的至少一個(gè)周期，來達(dá)到這個(gè)速度限制。如果以后需要提高速度，那么只需要減小這里的總線延時(shí)時(shí)間即可。
此外我們要學(xué)習(xí)一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)的技巧，就是I2C通信時(shí)如何將一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。大家注意寫函數(shù)中，我用的那個(gè)for循環(huán)的技巧。for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1)，由于I2C通信是從高位開始發(fā)送數(shù)據(jù)，所以我們先從最高位開始，0x80和dat進(jìn)行按位與運(yùn)算，從而得知dat第7位是0還是1，然后右移一位，也就是變成了用0x40和dat按位與運(yùn)算，得到第6位是0還是1，一直到第0位結(jié)束，最終通過if語句，把dat的8位數(shù)據(jù)依次發(fā)送了出去。其他的邏輯大家對(duì)照前邊講到的理論知識(shí)，認(rèn)真研究明白就可以了。
1.3 EEPROM的學(xué)習(xí)
在實(shí)際的應(yīng)用中，保存在單片機(jī)RAM中的數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)就丟失了，保存在單片機(jī)的FLASH中的數(shù)據(jù)，又不能隨意改變，也就是不能用它來記錄變化的數(shù)值。但是在某些場(chǎng)合，我們又確實(shí)需要記錄下某些數(shù)據(jù)，而它們還時(shí)常需要改變或更新，掉電之后數(shù)據(jù)還不能丟失，比如我們的家用電表度數(shù)，我們的電視機(jī)里邊的頻道記憶，一般都是使用EEPROM來保存數(shù)據(jù)，特點(diǎn)就是掉電后不丟失。我們板子上使用的這個(gè)器件是24C02，是一個(gè)容量大小是2Kbit位，也就是256個(gè)字節(jié)的EEPROM。一般情況下，EEPROM擁有30萬到100萬次的壽命，也就是它可以反復(fù)寫入30-100萬次，而讀取次數(shù)是無限的。
24C02是一個(gè)基于I2C通信協(xié)議的器件，因此從現(xiàn)在開始，我們的I2C和我們的EEPROM就要合體了。但是大家要分清楚，I2C是一個(gè)通信協(xié)議，它擁有嚴(yán)密的通信時(shí)序邏輯要求，而EEPROM是一個(gè)器件，只是這個(gè)器件采樣了I2C協(xié)議的接口與單片機(jī)相連而已，二者并沒有必然的聯(lián)系，EEPROM可以用其他接口，I2C也可以用在其它很多器件上。
14.3.1 EEPROM單字節(jié)讀寫操作時(shí)序
1、EEPROM寫數(shù)據(jù)流程
第一步，首先是I2C的起始信號(hào)，接著跟上首字節(jié)，也就是我們前邊講的I2C的器件地
址(EERPOM)，并且在讀寫方向上選擇“寫”操作。
第二步，發(fā)送數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址。我們24C02一共256個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間，地址從0x00到0xFF，我們想把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪個(gè)位置，此刻寫的就是哪個(gè)地址。
第三步，發(fā)送要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)，第二個(gè)字節(jié)......注意在寫數(shù)據(jù)的過程中，EEPROM每個(gè)字節(jié)都會(huì)回應(yīng)一個(gè)“應(yīng)答位0”，來告訴我們寫EEPROM數(shù)據(jù)成功，如果沒有回應(yīng)答位，說明寫入不成功。
在寫數(shù)據(jù)的過程中，每成功寫入一個(gè)字節(jié)，EEPROM存儲(chǔ)空間的地址就會(huì)自動(dòng)加1，當(dāng)加到0xFF后，再寫一個(gè)字節(jié)，地址會(huì)溢出又變成了0x00。
2、EEPROM讀數(shù)據(jù)流程
第一步，首先是I2C的起始信號(hào)，接著跟上首字節(jié)，也就是我們前邊講的I2C的器件地
址(EERPOM)，并且在讀寫方向上選擇“寫”操作。這個(gè)地方可能有同學(xué)會(huì)詫異，我們明明是讀數(shù)據(jù)為何方向也要選“寫”呢？剛才說過了，我們24C02一共有256個(gè)地址，我們選擇寫操作，是為了把所要讀的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址先寫進(jìn)去，告訴EEPROM我們要讀取哪個(gè)地址的數(shù)據(jù)。這就如同我們打電話，先撥總機(jī)號(hào)碼(EEPROM器件地址)，而后還要繼續(xù)撥分機(jī)號(hào)碼(數(shù)據(jù)地址)，而撥分機(jī)號(hào)碼這個(gè)動(dòng)作，主機(jī)仍然是發(fā)送方，方向依然是“寫”。
第二步，發(fā)送要讀取的數(shù)據(jù)的地址，注意是地址而非存在EEPROM中的數(shù)據(jù)，通知EEPROM我要哪個(gè)分機(jī)的信息。
第三步，重新發(fā)送I2C起始信號(hào)和器件地址，并且在方向位選擇“讀”操作。
這三步當(dāng)中，每一個(gè)字節(jié)實(shí)際上都是在“寫”，所以每一個(gè)字節(jié)EEPROM都會(huì)回應(yīng)一個(gè)“應(yīng)答位0”。
第四步，讀取從器件發(fā)回的數(shù)據(jù)，讀一個(gè)字節(jié)，如果還想繼續(xù)讀下一個(gè)字節(jié)，就發(fā)送一個(gè)“應(yīng)答位ACK(0)”，如果不想讀了，告訴EEPROM，我不想要數(shù)據(jù)了，別再發(fā)數(shù)據(jù)了，那就發(fā)送一個(gè)“非應(yīng)答位NACK(1)”。
和寫操作規(guī)則一樣，我們每讀一個(gè)字節(jié)，地址會(huì)自動(dòng)加1，那如果我們想繼續(xù)往下讀，給EEPROM一個(gè)ACK(0)低電平，那再繼續(xù)給SCL完整的時(shí)序，EEPROM會(huì)繼續(xù)往外送數(shù)據(jù)。如果我們不想讀了，要告訴EEPROM不要數(shù)據(jù)了，那我們直接給一個(gè)NAK(1)高電平即可。這個(gè)地方大家要從邏輯上理解透徹，不能簡(jiǎn)單的靠死記硬背了，一定要理解明白。梳理一下幾個(gè)要點(diǎn)：A、在本例中單片機(jī)是主機(jī)，24C02是從機(jī)；B、無論是讀是寫，SCL始終都是由主機(jī)控制的；C、寫的時(shí)候應(yīng)答信號(hào)由從機(jī)給出，表示從機(jī)是否正確接收了數(shù)據(jù)；D、讀的時(shí)候應(yīng)答信號(hào)則由主機(jī)給出，表示是否繼續(xù)讀下去。
那我們下面寫一個(gè)程序，讀取EEPROM的0x02這個(gè)地址上的一個(gè)數(shù)據(jù)，不管這個(gè)數(shù)據(jù)之前是多少，我們都再將讀出來的數(shù)據(jù)加1，再寫到EEPROM的0x02這個(gè)地址上。此外我們將I2C的程序建立一個(gè)文件，寫一個(gè)I2C.c程序文件，形成我們又一個(gè)程序模塊。大家也可以看出來，我們連續(xù)的這幾個(gè)程序，lcd1602.c文件里的程序都是一樣的，今后我們大家寫1602顯示程序也可以直接拿過去用，大大提高了程序移植的方便性。
/*************************I2C.c文件程序源代碼***************************/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define I2CDelay()  {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}

sbit I2C_SCL = P3^7;
sbit I2C_SDA = P3^6;

void I2CStart()  //產(chǎn)生總線起始信號(hào)
{
    I2C_SDA = 1; //首先確保SDA、SCL都是高電平
    I2C_SCL = 1;
    I2CDelay();
    I2C_SDA = 0; //先拉低SDA
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0; //再拉低SCL
}
void I2CStop()   //產(chǎn)生總線停止信號(hào)
{
    I2C_SCL = 0; //首先確保SDA、SCL都是低電平
    I2C_SDA = 0;
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1; //先拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SDA = 1; //再拉高SDA
    I2CDelay();
}
bit I2CWrite(unsigned char dat) //I2C總線寫操作，待寫入字節(jié)dat，返回值為應(yīng)答狀態(tài)
{
    bit ack;  //用于暫存應(yīng)答位的值
    unsigned char mask;  //用于探測(cè)字節(jié)內(nèi)某一位值的掩碼變量

    for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //從高位到低位依次進(jìn)行
    {
        if ((mask&dat) == 0)  //該位的值輸出到SDA上
            I2C_SDA = 0;
        else
            I2C_SDA = 1;
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;          //拉高SCL
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;          //再拉低SCL，完成一個(gè)位周期
    }
    I2C_SDA = 1;   //8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，主機(jī)釋放SDA，以檢測(cè)從機(jī)應(yīng)答
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    ack = I2C_SDA; //讀取此時(shí)的SDA值，即為從機(jī)的應(yīng)答值
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成應(yīng)答位，并保持住總線

    return (~ack); //應(yīng)答值取反以符合通常的邏輯：0=不存在或忙或?qū)懭胧。?/font>1=存在且空閑或?qū)懭氤晒?/font>
}
unsigned char I2CReadNAK() //I2C總線讀操作，并發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，返回值為讀到的字節(jié)
{
    unsigned char mask;
    unsigned char dat;

    I2C_SDA = 1;  //首先確保主機(jī)釋放SDA
    for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //從高位到低位依次進(jìn)行
    {
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;      //拉高SCL
        if(I2C_SDA == 0)  //讀取SDA的值
            dat &= ~mask; //為0時(shí)，dat中對(duì)應(yīng)位清零
        else
            dat |= mask;  //為1時(shí)，dat中對(duì)應(yīng)位置1
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;      //再拉低SCL，以使從機(jī)發(fā)送出下一位
    }
    I2C_SDA = 1;   //8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，拉高SDA，發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成非應(yīng)答位，并保持住總線

    return dat;
}
unsigned char I2CReadACK() //I2C總線讀操作，并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，返回值為讀到的字節(jié)
{
    unsigned char mask;
    unsigned char dat;

    I2C_SDA = 1;  //首先確保主機(jī)釋放SDA
    for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //從高位到低位依次進(jìn)行
    {
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;      //拉高SCL
        if(I2C_SDA == 0)  //讀取SDA的值
            dat &= ~mask; //為0時(shí)，dat中對(duì)應(yīng)位清零
        else
            dat |= mask;  //為1時(shí)，dat中對(duì)應(yīng)位置1
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;      //再拉低SCL，以使從機(jī)發(fā)送出下一位
    }
    I2C_SDA = 0;   //8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后，拉低SDA，發(fā)送應(yīng)答信號(hào)
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;   //拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0;   //再拉低SCL完成應(yīng)答位，并保持住總線

    return dat;
}
/***********************lcd1602.c文件程序源代碼*************************/
#include <reg52.h>

#define LCD1602_DB   P0

sbit LCD1602_RS = P1^0;
sbit LCD1602_RW = P1^1;
sbit LCD1602_E  = P1^5;

void LcdWaitReady()  //等待液晶準(zhǔn)備好
{
    unsigned char sta;

    LCD1602_DB = 0xFF;
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 1;
    do
    {
        LCD1602_E = 1;
        sta = LCD1602_DB; //讀取狀態(tài)字
        LCD1602_E = 0;
    } while (sta & 0x80); //bit7等于1表示液晶正忙，重復(fù)檢測(cè)直到其等于0為止
}
void LcdWriteCmd(unsigned char cmd)  //寫入命令函數(shù)
{
    LcdWaitReady();
    LCD1602_RS = 0;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = cmd;
    LCD1602_E  = 1;
    LCD1602_E  = 0;
}
void LcdWriteDat(unsigned char dat)  //寫入數(shù)據(jù)函數(shù)
{
    LcdWaitReady();
    LCD1602_RS = 1;
    LCD1602_RW = 0;
    LCD1602_DB = dat;
    LCD1602_E  = 1;
    LCD1602_E  = 0;
}
void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str)  //顯示字符串，屏幕起始坐標(biāo)(x,y)，字符串指針str
{
    unsigned char addr;

    //由輸入的顯示坐標(biāo)計(jì)算顯示RAM的地址
    if (y == 0)
        addr = 0x00 + x; //第一行字符地址從0x00起始
    else
        addr = 0x40 + x; //第二行字符地址從0x40起始

    //由起始顯示RAM地址連續(xù)寫入字符串
    LcdWriteCmd(addr | 0x80); //寫入起始地址
    while (*str != '\0')      //連續(xù)寫入字符串?dāng)?shù)據(jù)，直到檢測(cè)到結(jié)束符
    {
        LcdWriteDat(*str);
        str++;
    }
}
void LcdInit()  //液晶初始化函數(shù)
{
    LcdWriteCmd(0x38);  //16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口
    LcdWriteCmd(0x0C);  //顯示器開，光標(biāo)關(guān)閉
    LcdWriteCmd(0x06);  //文字不動(dòng)，地址自動(dòng)+1
    LcdWriteCmd(0x01);  //清屏
}
/************************main.c文件程序源代碼**************************/
#include <reg52.h>

extern void LcdInit();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);
extern void I2CStart();
extern void I2CStop();
extern unsigned char I2CReadACK();
extern unsigned char I2CReadNAK();
extern bit I2CWrite(unsigned char dat);
unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr);
void E2WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat);

void main ()
{
    unsigned char dat;
    unsigned char str[10];

    LcdInit();   //初始化液晶
    dat = E2ReadByte(0x02);    //讀取指定地址上的一個(gè)字節(jié)
    str[0] = (dat/100) + '0';  //轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制字符串格式
    str[1] = (dat/10%10) + '0';
    str[2] = (dat%10) + '0';
    str[3] = '\0';
    LcdShowStr(0, 0, str);     //顯示在液晶上
    dat++;                     //將其數(shù)值+1
    E2WriteByte(0x02, dat);    //再寫回到對(duì)應(yīng)的地址上

    while(1)
    {}
}

unsigned char E2ReadByte(unsigned char addr) //讀取EEPROM中的一個(gè)字節(jié)，字節(jié)地址addr
{
    unsigned char dat;

    I2CStart();
    I2CWrite(0x50<<1); //尋址器件，后續(xù)為寫操作
    I2CWrite(addr);    //寫入存儲(chǔ)地址
    I2CStart();        //發(fā)送重復(fù)啟動(dòng)信號(hào)
    I2CWrite((0x50<<1)|0x01); //尋址器件，后續(xù)為讀操作
    dat = I2CReadNAK();       //讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
    I2CStop();

    return dat;
}

void E2WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat) //向EEPROM中寫入一個(gè)字節(jié)，字節(jié)地址addr
{
    I2CStart();
    I2CWrite(0x50<<1); //尋址器件，后續(xù)為寫操作
    I2CWrite(addr);    //寫入存儲(chǔ)地址
    I2CWrite(dat);     //寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
    I2CStop();
}
/***********************************************************************/
這個(gè)程序，以同學(xué)們現(xiàn)在的基礎(chǔ)，獨(dú)立分析應(yīng)該不困難了，遇到哪個(gè)語句不懂可以及時(shí)問問別人或者搜索一下，把該解決的問題理解明白。大家把這個(gè)程序復(fù)制過去后，編譯一下會(huì)發(fā)現(xiàn)Keil軟件提示了一個(gè)警告：*** WARNING L16: UNCALLED SEGMENT, IGNORED FOR OVERLAY PROCESS，這個(gè)警告的意思是有我們代碼中存在沒有被調(diào)用過的變量或者函數(shù)。
大家仔細(xì)觀察一下，這個(gè)程序，我們讀取EEPROM的時(shí)候，只讀了一個(gè)字節(jié)我們就要告訴EEPROM不需要再讀數(shù)據(jù)了，因此我們讀完后直接回復(fù)一個(gè)“NAK”，因此我們只調(diào)用了I2CReadNAK()這個(gè)函數(shù)，而并沒有調(diào)用I2CReadACK()這個(gè)函數(shù)。我們今后很可能讀數(shù)據(jù)的時(shí)候要連續(xù)讀幾個(gè)字節(jié)，因此這個(gè)函數(shù)寫在了I2C.c文件中，作為I2C功能模塊的一部分是必要的，方便我們這個(gè)文件以后移植到其他程序中使用，因此這個(gè)警告在這里就不必管它了。
14.3.2 EEPROM多字節(jié)讀寫操作時(shí)序[size=14.0000pt]
我們讀取EEPROM的時(shí)候很簡(jiǎn)單，EEPROM根據(jù)我們所送的時(shí)序，直接就把數(shù)據(jù)送出來了，但是寫EEPROM卻沒有這么簡(jiǎn)單。我們?nèi)绻oEEPROM發(fā)送數(shù)據(jù)后，先保存在了EEPROM的緩存，EEPROM必須要把緩存中的數(shù)據(jù)搬移到“非易失”的區(qū)域，才能達(dá)到掉電不丟失的效果。而往非易失區(qū)域?qū)懶枰欢ǖ臅r(shí)間，每種器件不完全一樣，ATMEL公司的24C02的這個(gè)寫入時(shí)間最高不超過5ms。在往非易失區(qū)域?qū)懙倪^程，EEPROM是不會(huì)再響應(yīng)我們的訪問的，不僅接收不到我們的數(shù)據(jù)，我們即使用I2C標(biāo)準(zhǔn)的尋址模式去尋址，EEPROM都不會(huì)應(yīng)答，就如同這個(gè)總線上沒有這個(gè)器件一樣。數(shù)據(jù)寫入非易失區(qū)域完畢后，EEPROM再次恢復(fù)正常，可以正常讀寫了。
細(xì)心的同學(xué)，在看上一節(jié)程序的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們寫數(shù)據(jù)的那段代碼，實(shí)際上我們有去讀應(yīng)答位ACK，但是讀到了應(yīng)答位我們也沒有做任何處理。這是因?yàn)槲覀円淮沃粚懸粋�(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)去，等到下次重新上電再寫的時(shí)候，時(shí)間肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了5ms，但是如果我們是連續(xù)寫入幾個(gè)字節(jié)的時(shí)候，我們就必須得考慮到應(yīng)答位的問題了。寫入一個(gè)字節(jié)后，再寫入下一個(gè)字節(jié)之前，我們必須要等待EEPROM再次響應(yīng)才可以，大家注意我的程序的寫法，可以學(xué)習(xí)一下。
之前我們知道編寫多.c文件移植的方便性了，本節(jié)程序和上一節(jié)的lcd1602.c文件和I2C.c文件完全是一樣的，因此這次我們只把main.c文件給大家發(fā)出來，幫大家分析明白。而同學(xué)們卻不能這樣，同學(xué)們是初學(xué)，很多知識(shí)和技巧需要多練才能鞏固下來，因此每個(gè)程序還是建議大家在你的Keil軟件上一個(gè)代碼一個(gè)代碼的敲出來。

        
                /***********************lcd1602.c文件程序源代碼*************************/
        
         略
        
                /************************I2C.c文件程序源代碼***************************/
        
        略
        
                /************************main.c文件程序源代碼**************************/


#include <reg52.h>

extern void LcdInit();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);
extern void I2CStart();
extern void I2CStop();
extern unsigned char I2CReadACK();
extern unsigned char I2CReadNAK();
extern bit I2CWrite(unsigned char dat);
void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
void ArrayToHexStr(unsigned char *str, unsigned char *array, unsigned char len);

void main ()
{
    unsigned char i;
    unsigned char buf[5];
    unsigned char str[20];

    LcdInit();   //初始化液晶
    E2Read(buf, 0x90, sizeof(buf));       //從E2中讀取一段數(shù)據(jù)
    ArrayToHexStr(str, buf, sizeof(buf)); //轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串
    LcdShowStr(0, 0, str);                //顯示到液晶上
    for (i=0; i<sizeof(buf); i++)        //數(shù)據(jù)依次+1,+2,+3...
    {
        buf[ i] = buf[ i] + 1 + i;
    }
    E2Write(buf, 0x90, sizeof(buf));      //再寫回到E2中

    while(1)
    {}
}

void ArrayToHexStr(unsigned char *str, unsigned char *array, unsigned char len) //把一個(gè)字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串的格式
{
    unsigned char tmp;

    while (len--)
    {
        tmp = *array >> 4;         //先取高4位
        if (tmp <= 9)              //轉(zhuǎn)換為0-9或A-F
            *str = tmp + '0';
        else
            *str = tmp - 10 + 'A';
        str++;
        tmp = *array & 0x0F;       //再取低4位
        if (tmp <= 9)              //轉(zhuǎn)換為0-9或A-F
            *str = tmp + '0';
        else
            *str = tmp - 10 + 'A';
        str++;
        *str = ' ';                //轉(zhuǎn)換完一個(gè)字節(jié)添加一個(gè)空格
        str++;
        array++;
    }
}
void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len) //E2讀取函數(shù)，數(shù)據(jù)接收指針buf，E2中的起始地址addr，讀取長(zhǎng)度len
{
    do {                       //用尋址操作查詢當(dāng)前是否可進(jìn)行讀寫操作
        I2CStart();
        if (I2CWrite(0x50<<1)) //器件應(yīng)答則跳出循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行，非應(yīng)答則進(jìn)行下一次查詢
            break;
        I2CStop();
    } while(1);
    I2CWrite(addr);           //寫入起始地址
    I2CStart();               //發(fā)送重復(fù)啟動(dòng)信號(hào)
    I2CWrite((0x50<<1)|0x01); //尋址器件，后續(xù)為讀操作
    while (len > 1)           //連續(xù)讀取len-1個(gè)字節(jié)
    {
        *buf = I2CReadACK();  //最后字節(jié)之前為讀取操作+應(yīng)答
        buf++;
        len--;
    }
    *buf = I2CReadNAK();      //最后一個(gè)字節(jié)為讀取操作+非應(yīng)答
    I2CStop();
}

void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len) //E2寫入函數(shù)，源數(shù)據(jù)指針buf，E2中的起始地址addr，寫入長(zhǎng)度len
{
    while (len--)
    {
        do {                       //用尋址操作查詢當(dāng)前是否可進(jìn)行讀寫操作，即等待上一次寫入操作完成
            I2CStart();
            if (I2CWrite(0x50<<1)) //器件應(yīng)答則跳出循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行，非應(yīng)答則進(jìn)行下一次查詢
                break;
            I2CStop();
        } while(1);
        I2CWrite(addr);           //寫入起始地址
        I2CWrite(*buf);           //寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
        I2CStop();                //結(jié)束寫操作，以等待寫入完成
        buf++;                    //數(shù)據(jù)指針遞增
        addr++;                   //E2地址遞增
    }
}

函數(shù)ArrayToHexStr：這是一個(gè)把數(shù)組轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制字符串的形式。由于我們從EEPROM讀出來的是正常的數(shù)據(jù)，而1602液晶接收的是ASCII碼字符，因此我們要通過液晶把數(shù)據(jù)顯示出來必須先通過一步轉(zhuǎn)換。算法倒是很簡(jiǎn)單，就是把每一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)高4位和低4位分開，和9進(jìn)行比較，如果小于等于9，則通過數(shù)字加’0’轉(zhuǎn)ASCII碼發(fā)送；如果大于9，則通過加’A’轉(zhuǎn)ASCII碼發(fā)送出去。
函數(shù)E2Read：我們?cè)谧x之前，要查詢一下當(dāng)前是否可以進(jìn)行讀寫操作，EEPROM正常響應(yīng)才可以進(jìn)行。進(jìn)行后，最后一個(gè)字節(jié)之前的，全部給出ACK，而讀完了最后一個(gè)字節(jié)，我們要給出一個(gè)NAK。
函數(shù)E2Write：每次寫操作之前，我們都要進(jìn)行查詢判斷當(dāng)前EEPROM是否響應(yīng)，正常響應(yīng)后才可以寫數(shù)據(jù)。
14.3.3 EEPROM的頁寫入
如果每個(gè)數(shù)據(jù)都連續(xù)寫入，像我們上節(jié)課那樣寫的時(shí)候，每次都先起始位，再訪問一下這個(gè)EEPROM的地址，看看是否響應(yīng)，感覺上效率太低了。因此EEPROM的廠商就想了一個(gè)辦法，把EEPROM分頁管理。24c01、24c02這兩個(gè)型號(hào)是8個(gè)字節(jié)一個(gè)頁，而24c04、24c08、24c16是16個(gè)字節(jié)一頁。我們板子上的型號(hào)是24C02，一共是256個(gè)字節(jié)，8個(gè)字節(jié)一頁，那么就一共有32頁。
分配好頁之后，如果我們?cè)谕粋�(gè)頁內(nèi)連續(xù)寫入幾個(gè)字節(jié)后，最后再發(fā)送停止位的時(shí)序。EEPROM檢測(cè)到這個(gè)停止位后，統(tǒng)一把這一頁的數(shù)據(jù)寫到非易失區(qū)域，就不需要像上節(jié)課那樣寫一個(gè)字節(jié)檢測(cè)一次了，并且頁寫入的時(shí)間也不會(huì)超過5ms。如果我們寫入的數(shù)據(jù)跨頁了，那么寫完了一頁之后，我們要發(fā)送一個(gè)停止位，然后等待并且檢測(cè)EEPROM的空閑模式，一直等到把上一頁數(shù)據(jù)完全寫到非易失區(qū)域后，再進(jìn)行下一頁的寫入，這樣就可以在一定程度上提高我們的寫入效率。

        
                /***********************lcd1602.c文件程序源代碼*************************/
        
         略
        
                /************************I2C.c文件程序源代碼***************************/
        
        略
        
                /***********************eeprom.c文件程序源代碼*************************/


#include <reg52.h>

extern void I2CStart();
extern void I2CStop();
extern unsigned char I2CReadACK();
extern unsigned char I2CReadNAK();
extern bit I2CWrite(unsigned char dat);

void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len) //E2讀取函數(shù)，數(shù)據(jù)接收指針buf，E2中的起始地址addr，讀取長(zhǎng)度len
{
    do {                       //用尋址操作查詢當(dāng)前是否可進(jìn)行讀寫操作
        I2CStart();
        if (I2CWrite(0x50<<1)) //器件應(yīng)答則跳出循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行，非應(yīng)答則進(jìn)行下一次查詢
            break;
        I2CStop();
    } while(1);
    I2CWrite(addr);           //寫入起始地址
    I2CStart();               //發(fā)送重復(fù)啟動(dòng)信號(hào)
    I2CWrite((0x50<<1)|0x01); //尋址器件，后續(xù)為讀操作
    while (len > 1)           //連續(xù)讀取len-1個(gè)字節(jié)
    {
        *buf = I2CReadACK();  //最后字節(jié)之前為讀取操作+應(yīng)答
        buf++;
        len--;
    }
    *buf = I2CReadNAK();      //最后一個(gè)字節(jié)為讀取操作+非應(yīng)答
    I2CStop();
}

void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len) //E2寫入函數(shù)，源數(shù)據(jù)指針buf，E2中的起始地址addr，寫入長(zhǎng)度len
{
    while (len > 0)
    {
        //等待上次寫入操作完成
        do {
            I2CStart();
            if (I2CWrite(0x50<<1)) //器件應(yīng)答則跳出循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行，非應(yīng)答則進(jìn)行下一次查詢
                break;
            I2CStop();
        } while(1);
        //按頁寫模式連續(xù)寫入字節(jié)
        I2CWrite(addr);           //寫入起始地址
        while (len > 0)
        {
            I2CWrite(*buf);       //寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
            len--;                //待寫入長(zhǎng)度計(jì)數(shù)遞減
            buf++;                //數(shù)據(jù)指針遞增
            addr++;               //E2地址遞增
            if ((addr&0x07) == 0) //檢查地址是否到達(dá)頁邊界，24C02每頁8字節(jié)，所以檢測(cè)低3位是否為零即可
                break;            //到達(dá)頁邊界時(shí)，跳出循環(huán)，結(jié)束本次寫操作
        }
        I2CStop();
    }
}
這個(gè)eeprom.c文件中的程序，單獨(dú)做一個(gè)文件，用來管理eeprom的訪問。其中E2Read函數(shù)和上一節(jié)是一樣的，因?yàn)樽x操作和是否同一頁無關(guān)。重點(diǎn)是E2Write函數(shù)，我們?cè)趯懭霐?shù)據(jù)的時(shí)候，要計(jì)算下一個(gè)要寫的數(shù)據(jù)的地址是否是一個(gè)頁的起始地址，如果是的話，則必須跳出循環(huán)，等待EEPROM上一頁寫入到非易失區(qū)域后，再進(jìn)行繼續(xù)寫入。
而寫了eeprom.c后，main.c文件里的程序就要變的簡(jiǎn)單多了，大家可以自己看一下，不需要過多解釋了。
/************************main.c文件程序源代碼**************************/
#include <reg52.h>

extern void LcdInit();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);
extern void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
extern void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
void ArrayToHexStr(unsigned char *str, unsigned char *array, unsigned char len);

void main ()
{
    unsigned char i;
    unsigned char buf[5];
    unsigned char str[20];

    LcdInit();   //初始化液晶
    E2Read(buf, 0x8E, sizeof(buf));       //從E2中讀取一段數(shù)據(jù)
    ArrayToHexStr(str, buf, sizeof(buf)); //轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串
    LcdShowStr(0, 0, str);                //顯示到液晶上
    for (i=0; i<sizeof(buf); i++)         //數(shù)據(jù)依次+1,+2,+3...
    {
        buf[ i] = buf[ i] + 1 + i;
    }
    E2Write(buf, 0x8E, sizeof(buf));      //再寫回到E2中

    while(1)
    {}
}

void ArrayToHexStr(unsigned char *str, unsigned char *array, unsigned char len) //把一個(gè)字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串的格式
{
    unsigned char tmp;

    while (len--)
    {
        tmp = *array >> 4;         //先取高4位
        if (tmp <= 9)              //轉(zhuǎn)換為0-9或A-F
            *str = tmp + '0';
        else
            *str = tmp - 10 + 'A';
        str++;
        tmp = *array & 0x0F;       //再取低4位
        if (tmp <= 9)              //轉(zhuǎn)換為0-9或A-F
            *str = tmp + '0';
        else
            *str = tmp - 10 + 'A';
        str++;
        *str = ' ';                //轉(zhuǎn)換完一個(gè)字節(jié)添加一個(gè)空格
        str++;
        array++;
    }
}
多字節(jié)寫入和頁寫入程序都編寫出來了，而且頁寫入的程序我們還特地跨頁寫的數(shù)據(jù)，他們的寫入時(shí)間到底差別多大呢。我們用一些工具可以測(cè)量一下，比如示波器，邏輯分析儀等工具。我現(xiàn)在把兩次寫入時(shí)間用邏輯分析儀給抓了出來，并且用時(shí)間標(biāo)簽T1和T2給標(biāo)注了開始位置和結(jié)束位置，如圖14-5和圖14-6所示，右側(cè)顯示的|T1-T2|就是最終寫入5個(gè)字節(jié)所耗費(fèi)的時(shí)間。多字節(jié)一個(gè)一個(gè)寫入，每次寫入后都需要再次通信檢測(cè)EEPROM是否在“忙”，因此耗費(fèi)了大量的時(shí)間，同樣的寫入5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，一個(gè)一個(gè)寫入用了8.4ms左右的時(shí)間，而使用頁寫入，只用了3.5ms左右的時(shí)間。
      
圖14-5 多字節(jié)寫入時(shí)間
   
圖14-6 跨頁寫入時(shí)間
14.4 I2C和EEPROM的綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)[size=14.0000pt]
電視頻道記憶功能，交通燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間的設(shè)定，戶外LED廣告的記憶功能，都有可能有類似EEPROM這類存儲(chǔ)器件。這類器件的優(yōu)勢(shì)是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不僅可以改變，而且掉電后數(shù)據(jù)保存不丟失，因此大量應(yīng)用在各種電子產(chǎn)品上。
我們這節(jié)課的例程，有點(diǎn)類似廣告屏。上電后，1602的第一行顯示EEPROM從0x20地址開始的16個(gè)字符，第二行顯示EERPOM從0x40開始的16個(gè)字符。我們可以通過UART串口通信來改變EEPROM內(nèi)部的這個(gè)數(shù)據(jù)，并且同時(shí)改變了1602顯示的內(nèi)容，下次上電的時(shí)候，直接會(huì)顯示我們更新過的內(nèi)容。
這個(gè)程序所有的相關(guān)內(nèi)容，我們之前都已經(jīng)講過了。但是這個(gè)程序體現(xiàn)在了一個(gè)綜合程序應(yīng)用能力上。這個(gè)程序用到了1602液晶、UART實(shí)用串口通信、EEPROM讀寫操作等多個(gè)功能的綜合應(yīng)用。寫個(gè)點(diǎn)亮小燈好簡(jiǎn)單，但是我們想學(xué)會(huì)真正的單片機(jī)，必須得學(xué)會(huì)這種綜合程序的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊同時(shí)參與工作，這個(gè)理念在我們的全板子測(cè)試視頻里已經(jīng)有所體現(xiàn)。因此同學(xué)們，要認(rèn)認(rèn)真真的把工程建立起來，一行一行的把程序編寫起來，最終鞏固下來。

        
                /***********************lcd1602.c文件程序源代碼*************************/
        
                                                       略
        
                /************************I2C.c文件程序源代碼***************************/
        
        略
        
                /***********************eeprom.c文件程序源代碼*************************/
        
        略
        
                /************************uart.c文件程序源代碼***************************/


#include <reg52.h>

bit flagOnceTxd = 0;  //單次發(fā)送完成標(biāo)志，即發(fā)送完一個(gè)字節(jié)
bit cmdArrived = 0;   //命令到達(dá)標(biāo)志，即接收到上位機(jī)下發(fā)的命令
unsigned char cntRxd = 0;
unsigned char pdata bufRxd[40]; //串口接收緩沖區(qū)

extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);
extern void E2Write(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);

void ConfigUART(unsigned int baud)  //串口配置函數(shù)，baud為波特率
{
    SCON = 0x50;   //配置串口為模式1
    TMOD &= 0x0F;  //清零T1的控制位
    TMOD |= 0x20;  //配置T1為模式2
    TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud;  //計(jì)算T1重載值
    TL1 = TH1;     //初值等于重載值
    ET1 = 0;       //禁止T1中斷
    ES  = 1;       //使能串口中斷
    TR1 = 1;       //啟動(dòng)T1
}
unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len) //串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，數(shù)據(jù)接收指針buf，讀取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度len，返回值為實(shí)際讀取到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
{
    unsigned char i;

    if (len > cntRxd) //讀取長(zhǎng)度大于接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)，
    {
        len = cntRxd; //讀取長(zhǎng)度設(shè)置為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
    }
    for (i=0; i<len; i++) //拷貝接收到的數(shù)據(jù)
    {
        *buf = bufRxd[ i];
        buf++;
    }
    cntRxd = 0;  //清零接收計(jì)數(shù)器

    return len;  //返回實(shí)際讀取長(zhǎng)度
}
void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len) //串口數(shù)據(jù)寫入函數(shù)，即串口發(fā)送函數(shù)，待發(fā)送數(shù)據(jù)指針buf，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度len
{
    while (len--)
    {
        flagOnceTxd = 0;
        SBUF = *buf;
        buf++;
        while (!flagOnceTxd);
    }
}

bit CmdCompare(unsigned char *buf, const unsigned char *cmd) //命令比較函數(shù)，緩沖區(qū)數(shù)據(jù)與指定命令比較，相同返回1，不同返回0
{
    while (*cmd != '\0')
    {
        if (*cmd != *buf) //遇到不相同字符時(shí)即刻返回0
        {
            return 0;
        }
        else //當(dāng)前字符相等時(shí)，指針遞增準(zhǔn)備比較下一字符
        {
            cmd++;
            buf++;
        }
    }
    return 1; //到命令字符串結(jié)束時(shí)字符都相等則返回1
}
void TrimString16(unsigned char *out, unsigned char *in) //將一字符串整理成16字節(jié)的固定長(zhǎng)度字符串，不足部分補(bǔ)空格
{
    unsigned char i = 0;

    while (*in != '\0') //拷貝字符串直到輸入字符串結(jié)束
    {
        *out = *in;
        out++;
        in++;
        i++;
        if (i >= 16)   //當(dāng)拷貝長(zhǎng)度已達(dá)到16字節(jié)時(shí)，強(qiáng)制跳出循環(huán)
            break;
    }
    for ( ; i<16; i++) //如不足16個(gè)字節(jié)則用空格補(bǔ)齊
    {
        *out = ' ';
        out++;
    }
    *out = '\0';       //最后添加結(jié)束符
}
void UartDriver() //串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)，檢測(cè)接收到的命令并執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作
{
    unsigned char i;
    unsigned char len;
    unsigned char buf[30];
    unsigned char str[17];
    const unsigned char code cmd0[] = "showstr1 ";
    const unsigned char code cmd1[] = "showstr2 ";
    const unsigned char code *cmdList[] = {cmd0, cmd1};

    if (cmdArrived) //有命令到達(dá)時(shí)，讀取處理該命令
    {
        cmdArrived = 0;
        for (i=0; i<sizeof(buf); i++) //清零命令接收緩沖區(qū)
        {
            buf[ i] = 0;
        }
        len = UartRead(buf, sizeof(buf)); //將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中
        for (i=0; i<sizeof(cmdList)/sizeof(cmdList[0]); i++) //與所支持的命令列表逐一進(jìn)行比較
        {
            if (CmdCompare(buf, cmdList[ i]) == 1) //檢測(cè)到相符命令時(shí)退出循環(huán)，此時(shí)的i值就是該命令在列表中的下標(biāo)值
            {
                break;
            }
        }
        switch (i) //根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)命令
        {
            case 0:
                buf[len] = '\0';                       //為接收到的字符串添加結(jié)束符
                TrimString16(str, buf+sizeof(cmd0)-1); //整理成16字節(jié)的固定長(zhǎng)度字符串，不足部分補(bǔ)空格
                LcdShowStr(0, 0, str);                 //顯示字符串1
                E2Write(str, 0x20, sizeof(str));       //保存字符串1，其E2起始地址為0x20
                break;
            case 1:
                buf[len] = '\0';
                TrimString16(str, buf+sizeof(cmd1)-1);
                LcdShowStr(0, 1, str);
                E2Write(str, 0x40, sizeof(str));       //保存字符串2，其E2起始地址為0x40
                break;
            default:  //i大于命令列表最大下標(biāo)時(shí)，即表示沒有相符的命令，給上機(jī)發(fā)送“錯(cuò)誤命令”的提示
                UartWrite("bad command.\r\n", sizeof("bad command.\r\n")-1);
                return;
        }
        buf[len++] = '\r';  //有效命令被執(zhí)行后，在原命令幀之后添加回車換行符后返回給上位機(jī)，表示已執(zhí)行
        buf[len++] = '\n';
        UartWrite(buf, len);
    }
}

void UartRxMonitor(unsigned char ms)  //串口接收監(jiān)控函數(shù)
{
    static unsigned char cntbkp = 0;
    static unsigned char idletmr = 0;

    if (cntRxd > 0)  //接收計(jì)數(shù)器大于零時(shí)，監(jiān)控總線空閑時(shí)間
    {
        if (cntbkp != cntRxd)  //接收計(jì)數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)，清零空閑計(jì)時(shí)
        {
            cntbkp = cntRxd;
            idletmr = 0;
        }
        else
        {
            if (idletmr < 30)  //接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空閑時(shí)，累積空閑時(shí)間
            {
                idletmr += ms;
                if (idletmr >= 30)  //空閑時(shí)間超過30ms即認(rèn)為一幀命令接收完畢
                {
                    cmdArrived = 1; //設(shè)置命令到達(dá)標(biāo)志
                }
            }
        }
    }
    else
    {
        cntbkp = 0;
    }
}
void InterruptUART() interrupt 4  //UART中斷服務(wù)函數(shù)
{
if (RI)  //接收到字節(jié)
    {
RI = 0;   //手動(dòng)清零接收中斷標(biāo)志位
        if (cntRxd < sizeof(bufRxd)) //接收緩沖區(qū)尚未用完時(shí)，
        {
            bufRxd[cntRxd++] = SBUF; //保存接收字節(jié)，并遞增計(jì)數(shù)器
        }
}
if (TI)  //字節(jié)發(fā)送完畢
    {
        TI = 0;   //手動(dòng)清零發(fā)送中斷標(biāo)志位
        flagOnceTxd = 1;  //設(shè)置單次發(fā)送完成標(biāo)志
     }
}
/************************main.c文件程序源代碼**************************/

#include <reg52.h>

unsigned char T0RH = 0;  //T0重載值的高字節(jié)
unsigned char T0RL = 0;  //T0重載值的低字節(jié)

extern void LcdInit();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);
extern void E2Read(unsigned char *buf, unsigned char addr, unsigned char len);
extern void ConfigUART(unsigned int baud);
extern void UartRxMonitor(unsigned char ms);
extern void UartDriver();
void ConfigTimer0(unsigned int ms);
void InitShowStr();

void main ()
{
    EA = 1;           //開總中斷
    ConfigTimer0(1);  //配置T0定時(shí)1ms
    ConfigUART(9600); //配置波特率為9600
    LcdInit();        //初始化液晶
    InitShowStr();    //初始顯示內(nèi)容

    while(1)
    {
        UartDriver();
    }
}

void InitShowStr()  //處理液晶屏初始顯示內(nèi)容
{
    unsigned char str[17];

    str[16] = '\0';         //在最后添加字符串結(jié)束符，確保字符串可以結(jié)束
    E2Read(str, 0x20, 16);  //讀取第一行字符串，其E2起始地址為0x20
    LcdShowStr(0, 0, str);  //顯示到液晶屏
    E2Read(str, 0x40, 16);  //讀取第二行字符串，其E2起始地址為0x40
    LcdShowStr(0, 1, str);  //顯示到液晶屏
}
void ConfigTimer0(unsigned int ms)  //T0配置函數(shù)
{
    unsigned long tmp;

    tmp = 11059200 / 12;      //定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率
    tmp = (tmp * ms) / 1000;  //計(jì)算所需的計(jì)數(shù)值
    tmp = 65536 - tmp;        //計(jì)算定時(shí)器重載值
    tmp = tmp + 18;           //修正中斷響應(yīng)延時(shí)造成的誤差

    T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8);  //定時(shí)器重載值拆分為高低字節(jié)
    T0RL = (unsigned char)tmp;
    TMOD &= 0xF0;   //清零T0的控制位
    TMOD |= 0x01;   //配置T0為模式1
    TH0 = T0RH;     //加載T0重載值
    TL0 = T0RL;
    ET0 = 1;        //使能T0中斷
    TR0 = 1;        //啟動(dòng)T0
}
void InterruptTimer0() interrupt 1  //T0中斷服務(wù)函數(shù)
{
    TH0 = T0RH;  //定時(shí)器重新加載重載值
    TL0 = T0RL;
    UartRxMonitor(1);  //串口接收監(jiān)控
}
我們?cè)趯W(xué)習(xí)UART通信的時(shí)候，剛開始也是用的IO口去模擬UART通信過程，最終實(shí)現(xiàn)和電腦的通信。而后我們的STC89C52RC由于內(nèi)部具備了UART硬件通信模塊，所以我們直接可以通過配置寄存器就可以很輕松的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的UART通信。同樣的道理，我們這個(gè)I2C通信，如果我們單片機(jī)內(nèi)部有硬件模塊的話，單片機(jī)可以直接自動(dòng)實(shí)現(xiàn)I2C通信了，就不需要我們?cè)龠M(jìn)行IO口模擬起始、模擬發(fā)送、模擬結(jié)束，配置好寄存器，單片機(jī)就會(huì)把這些工作全部做了。
不過我們的STC89C52RC單片機(jī)內(nèi)部不具備I2C的硬件模塊，所以我們使用STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行I2C通信必須用IO口來模擬。使用IO口模擬I2C，實(shí)際上更有利于我們徹底理解透徹I2C通信的實(shí)質(zhì)。當(dāng)然了，通過學(xué)習(xí)IO口模擬通信，今后我們?nèi)绻龅絻?nèi)部帶I2C模塊的單片機(jī)，也應(yīng)該很輕松的搞定，使用內(nèi)部的硬件模塊，可以提高程序的執(zhí)行效率。
14.5 作業(yè)
1、徹底理解I2C的通信時(shí)序，不僅僅是記住。
2、能夠獨(dú)立完成EEPROM任意地址的單字節(jié)讀寫、多字節(jié)的跨頁連續(xù)寫入讀出。
3、將前邊學(xué)的交通燈進(jìn)行改進(jìn)，使用EEPROM保存紅燈和綠燈倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，并且可以通過UART改變紅燈和綠燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。
4、使用按鍵、1602液晶、EEPROM做一個(gè)簡(jiǎn)單的密碼鎖程序。
作者: lzzgg834483370    時(shí)間: 2014-9-18 15:36
我還是可以補(bǔ)充一點(diǎn)信息的

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EEPROM

EEPROM

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作者: shangxianyue    時(shí)間: 2015-8-13 17:47
樓主，，帖子里的代碼粘到 keil4里面后會(huì)成為亂碼呢，，這個(gè)有辦法解決嗎，謝謝��！
常看您的帖子，受益匪淺，謝謝！
作者: 疏影橫斜水清淺    時(shí)間: 2016-3-21 22:52
老師，最近都在看你的帖子，很受教，謝謝
作者: 單片機(jī)~+    時(shí)間: 2016-6-1 23:51
贊！�。�！
作者: zzzziqzh    時(shí)間: 2017-2-6 15:11
老師，最近都在看你的帖子，很受教，謝謝！
作者: tthxq251    時(shí)間: 2018-1-2 08:56

老師，最近都在看你的帖子，很受教，謝謝！
作者: Steven159    時(shí)間: 2018-1-25 15:41
剛剛好真是想睡覺就有人送抱枕啊，最近最新找的就是SPI通訊和IIC通訊教程了，沒想到剛注冊(cè)51黑電子論壇，就發(fā)現(xiàn)了這么多寶貴資源，感謝樓主的寶貴分享，剛好幫助我理解IIC通訊
作者: gavin1985bb    時(shí)間: 2018-3-5 12:32
講的真心不錯(cuò)工，學(xué)習(xí)了！
作者: Jia_hu    時(shí)間: 2018-4-7 21:04
受益匪淺.
作者: liangyutong    時(shí)間: 2018-5-2 14:43
還是我們學(xué)識(shí)淺了
作者: keneng    時(shí)間: 2018-7-17 16:21
越來越難了
作者: a89588038    時(shí)間: 2018-8-6 15:43
看到后面越來越難理解了
作者: 向日葵男人    時(shí)間: 2018-8-19 01:17
學(xué)習(xí)了！��！
作者: xzf586    時(shí)間: 2018-8-20 23:23
仔細(xì)學(xué)習(xí)了一下，獲益匪淺，講的很透徹�。�！
作者: xzf586    時(shí)間: 2018-8-21 09:53
版主原來是宋老師，久聞大名，怎么這么近呢？，現(xiàn)在仔細(xì)地將這本書啃一啃！

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作者: yasi666    時(shí)間: 2019-1-23 20:06
絕世好貼，感謝分享！
作者: mawuxi    時(shí)間: 2020-3-24 20:18
絕對(duì)給力
作者: OHHO    時(shí)間: 2020-6-10 00:44
謝謝，受益匪淺！
作者: hhh123hhh123    時(shí)間: 2021-9-10 11:38
太偉大了，等我這么吊的時(shí)候也要把經(jīng)驗(yàn)分享出來。



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