IO口软件模拟IIC
一、IIC时序
IIC(Inter-Integrated Circuit, 内部集成电路)总线是飞利浦公司开发的两线式串行总线，用于短距离传输，常用语微控制器及其外围设备。它是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
I2C总线通过上拉电阻接正电源。即当总线空闲时，两根线均为高电平。如此，连在总线上的任一器件输出的低电平，都可以使得总线的信号变低，也就是说各器件的SDA和SCL都是线"与"关系。
I2C是同步串行总线，由SCL为所有设备提供统一的时钟信号。 即使多个节点发送时钟信号时，由于SCL"线与"的原因，SCL上为统一的时钟信号。
数据位(1\0)有效性规定:I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，SDA线上的数据必须保持稳定；只有在SCL线的信号为低电平器件，SDA线的才可进行高低电平状态变化。
起始信号、终止信号、应答信号
起始信号: SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平跳变(下降沿)----是一种电平跳变时序信号
终止信号:SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平跳变(上升沿)-----是一种电平跳变的时序信号
应答信号:在接收数据的IC(接收器)在接收到8bit数据后，向发送数据的IC(发送器)发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。即发送器在时钟脉冲9期间释放数据线，这样接收器就可以反馈一个应答信号。ACK(低电平)---规定为有效应答位，NACK(高电平)，规定为非应答位，表示接收器接收该字节咩有成功。
为了时钟信号的统一，我们假定只有一个设备发出时钟信号，该设备称为主机。其他IIC设备作为从机存在。
二、从STM32出发 IO软件模拟I2C的驱动程序
步骤1、IO管脚初始化
假设使用的 IIC_SCL IIC_SDA 输出 以及READ_SDA输入
#define SDA_IN() 宏定义设置管脚为输入模式
#define SDA_OUT() 宏定义设置管脚为输出模式
步骤2、发出起始信号
采用4us
void IIC_Starts(void)
{
SDA_OUT() ；
IIC_SCL = 1；
IIC_SDA = 1； //空闲态
dealy_us(4);
IIC_SCL = 1;
IIC_SDA = 0; //当SCL线为高电平是， SDA线上由高到低电平跳变
delay_us(4);
IIC_SCL = 0; //钳住，等待发送或接受
}
步骤3、发出终止信号
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT() ；
IIC_SCL = 0；
IIC_SDA = 0； //
dealy_us(4);
IIC_SCL = 1;
IIC_SDA = 1; //当SCL线为高电平是， SDA线上由低到高电平跳变
delay_us(4);
}
步骤4 等待ACK应答
uint8_t IIC_Wait_ACK(void)
{
uint8_t ucTimeCnt= 0;
SDA_IN() ； //SDA管脚设为输入模式
IIC_SDA = 1;
delay_us(1);
IIC_CLK = 1；
delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucTimeCnt ++;
if(ucTimeCnt>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
//等到应道地电平
IIC_CLK = 0； //钳住，等待发送或接受
}
步骤5 发送一字节数据
void IIC_Send_Byte(uint8 byte)
{
uint8_t i = 0;
SDA_OUT() ；
IIC_SCL = 0; // 只有在SCL线为低电平时，SDA线才可以改变
for(i=0;i<8;i++)
{
IIC_SDA = (byte&0x80)>>7; //每次发最高位
byte<<1; //更新最高位
delay_us(2);
IIC_CLK = 1;
delay_us(2);
IIC_CLK = 0;
delay_us(2); //第三个2us是为什么？？？
}
}
步骤6 读取一个字节,并发送ACK或NACK，发送NACK即通知从机发送器结束数据发送，释放SDA线(SDA接口置1)。
uint8IIC_Read_Byte(uint8_t ack)
{
uint8_t i, recvVal=0;
SDA_IN();
for(i=0; i<8; i++)
{
IIC_CLK = 0;
delay_us(2); //等待输出
IIC_CLK = 1； //可读取
recvVal<<1; //将最低位空出
if(IIC_SDA()) recvVal++; //高电平，则最低位为1
delay_us(1);
}
if(ack)
{
IIC_ACK();
}
else
{
IIC_NACK();
}
retrun recvVal;
}
步骤7 发出应答ACk
void IIC_ACK(void)
{
SDA_OUT() ；
IIC_CLK = 0；
IIC_SDA = 0；
delay_us(2);
IIC_CLK = 1;
delay_us(2);
IIC_CLK = 0;
}
步骤8 发出应答NACK
void IIC_NACK(void)
{
SDA_OUT() ；
IIC_CLK = 0；
IIC_SDA = 1；
delay_us(2);
IIC_CLK = 1;
delay_us(2);
IIC_CLK = 0;
}
三、从具体I2C器件中读写数据
1、主器件先从器件写数据
上图所说的就是I2C向从机特定地址写数据。
2、主器件接收从机数据
注意 从写完地址后，要重新发起地址+接收。
3、DEVICEADDRESS
DECVICEADDR地址的8位地址信息组成如下所示，以24C02 EEPROM为例说明
对于24C02而言，最高位的4bit为1010(0xA), A2 A1 A0为管脚地址位，必须与硬件输入引脚一致，假设接地，LSB为读/写操作选择位，高为读操作，低位写操作。 0xA0---写 0xA1-----读
对于EEPROM而言，比较器件地址一致后，输出应答为"0"。如果不一致，则返回到待机状态。
章节2 完成了GPIO口模拟IIC的驱动，现在就是落实到实际应用。AT24C02 EEPROM和MPU6050，这两个器件都是作为IIC从机。
这里对从机和主机 以及发送器和接收器再次说明
主机: 发出时钟脉冲的IIC器件，这里是软件模拟的IIC 处于主动控制地位
从机: 目标的IIC器件 挂在IIC总线上的器件
发送器:在数据传输中处于发送地位
接收器:在数据传输中处于接收地址
若接收器是主机时，他在接收到最后一个自节后，发送一个NACK信号，以通知被控(从机)发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个终止信号P。
四 以AT24C02 EEPROM操作为例说明
1、字节写操作
写操作要求AT24C02在接收器件地址后和ACK应答后，在接收8位的字地址，AT24C02接收到地址后应答"0",然后接收一个8位数据，在接收8位数据后，AT24C02应答"0”。最后必须由主器件发送终止信号P在终止写序列。 这之后AT24C02进入内部写周期twr，数据写入非易失性存储器中。在这期间所有输入都是无效的，直到写周期完成，AT24C02才有应答。
//WriteAddr :写入数据的AT24C02目的存储地址 DataToWrite 待写入的值
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr, u8 DataToWrite)
{
IIC_Starts()； //发出起始信号
IIC_Send_Byte(0xA0)； //写器件地址+写操作
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8); //发送高地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(DataToWrite)；
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
delay_ms(10);// 等AT24C02写数据
}
2、片写操作
即在发送一个8位数据后，在发7个数据（对于AT24C02而言）。每个数据都要有ACK，最后再由主器件发出终止信号P。
AT24C02器件按照8字节/页执行页写；AT24C04/08/16器件按16字节/页执行页写。AT24C02在接收到每个数据后，字地址的低3位内部自动加1，高位地址不变，维持在当前页内，注意当内部产生的自地址达到该页边界地址时，随后的数据将写入该页的页首。 如写入的字节数超过8个，字地址将回转到该页的首字节，先前的字节将会被覆盖。
接口函数待定
void AT24CXX_WritePage(u16 PageAdd, u8 * pBuffer,u16 NumToWrite)
{
}
3、连续写入任意字节数目---不超过全地址
//WriteAddr:开始写入的地址 对于24C02 为0~255 pBuffer：数据数组首地址 NumToWrite:要写入数据的个数
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr, u8 *pBuffer, u16 NumToWrite)
{
while(NumToWrite--)
{
AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr, *pBuffer)；
WriteAddr ++； //地址加1
pBuffer++； //数组地址+1
}
}
4、当前地址读
读操作和写操作初始化相同，只是器件地址中的读/写选择位应为"1"。
AT24C02内部地址计数器只要芯片有电，就会保存着上次访问时最后一个地址加1的值。此时直接读，可读到该地址的值。当读到最后页的最后字节，地址会回转到0。
5、随机读
随机读需要先写一个目标字地址，一旦AT24C02 接收了器件地址和字地址 并应答了ACK，主器件就产生一个重复的起始信号。接着主器件发送器件地址|读操作,EEPROM应答ACK，并随时钟送出数据，主器件NACK，但是发送终止信号。
//ReadAddr 读目标地址
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{
u8 tempVal = 0;
IIC_Starts(); //发出起始信号
IIC_WriteOneByte(0xA0)； //写器件地址+写操作
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
IIC_WriteOneByte(ReadAddr>>8);//高字节地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_WriteOneByte(ReadAddr%256); //低字节地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Starts(); //重新发出起始信息
IIC_WriteOneByte(0xA1); //读操作
IIC_Wait_Ack();
tempVal = IIC_ReadOneByte(0); //读取一个字节，发出NACK
IIC_Stop(); //发出终止信号
return tempVal;
}
6、顺序读
顺序读可以通过"当前地址读‘’或“随机读”启动，主器件接收到一个数据后，应答ACK。只要AT24C02接收到ACK后，将自动增加字地址并继续随时钟发送后面的数据。若达到存储器地址末尾，地址自动回转到0，仍可继续顺序读取数据。
主器件NACK+终止条件，即可结束顺序读操作。
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr, u8 *pBuffer, u16 NumToRead)
{
while(NumToRead--)
{
*pBuffer++ = AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);
}
}
7、设备检查是否存在，首次在末尾字节写入0x55， 其他读末尾字节看是否是0x55
void AT24CXX_Check(void)
{
u8 tmpVal;
tmpVal = AT24CXX_ReadOneByte(255);
if(tmpVal == 0x55) retrun 0;
else{
AT24CXX_WriteOneByte(0x55)；
tmpVal = AT24CXX_ReadOneByte(255);
if(tmpVal == 0x55) retrun 0;
}
return 1；
}