EFM8单片机与I2C外设通信

        最近帮同学做一个项目，开发板是EFM8单片机，支持SPI和I2C协议（SMBus）。很久没搞过单片机了，而且条件限制，为了使单片机和外设成功通信，花了一个星期时间。刚开始使用SPI，发现代码逻辑都没问题，就是结果不对（后来知道是因为带中断的程序单步调试导致的，说多了都是泪），调了几天发现SPI确实调不通，就换了I2C，半天时间搞定，哈哈。本文重点解释I2C，废话少说了。

1、简介

        I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。这些优点不是吹的，只需要两个IO口就行了，比起并行传输节省了不知道多少成本。

2、连接图

        2条双向串行线，一条数据线SDA，一条时钟线SCL。SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0。

        本文用的是ADXL345，CS引脚拉高至VDD，ADXL345处于I2C模式，需要简单2线式连接。ALT ADDRESS（SDO）引脚处于高电平，器件的7位I2C地址是0x1D，随后为R/W位。这转化为0x3A写入，0x3B读取。通过ALT ADDRESS引脚(引脚12)接地，可以选择备用I2C地址0x53(随后为R/W位)。这里特别说明，外设和MCU不需要共GND，也不需要共VDD，我刚开始纠结了好久，查了很多资料，硬是没查到。这转化为0xA6写入，0xA7读取。连线方式如下图：

3、读写流程

        I2C的时序这些就不多介绍了，网上一搜一大堆，想用IO口模拟I2C可以，大多数MCU都内置I2C模块，只要连线正确，配置和操作寄存器就能正常通信了。不过，I2C读写数据的流程是必须了解的。

3.1、写流程

        写寄存器的标准流程为：

1.    Master发起START

2.    Master发送I2C addr（7bit）和w操作0（1bit），等待ACK

3.    Slave发送ACK

4.    Master发送reg addr（8bit），等待ACK

5.    Slave发送ACK

6.    Master发送data（8bit），即要写入寄存器中的数据，等待ACK

7.    Slave发送ACK

8.    第6步和第7步可以重复多次，即顺序写多个寄存器

9.    Master发起STOT

3.2、读流程

        读流程比写稍微麻烦一点，在读之前要先把寄存器地址写入，然后再开始读：

1.    Master发起START

2.    Master发送I2C addr（7bit）和w操作1（1bit），等待ACK

3.    Slave发送ACK

4.    Master发送reg addr（8bit），等待ACK

5.    Slave发送ACK

6.    Master发起START

7.    Master发送I2C addr（7bit）和r操作1（1bit），等待ACK

8.    Slave发送ACK

9.    Slave发送data（8bit），即寄存器里的值

10.    Master发送ACK

11.    第8步和第9步可以重复多次，即顺序读多个寄存器

4、程序原理

        程序是根据配置和操作寄存器实现I2C通信，将I2C设为忙状态，START标志开始，后续所有收发数据在中断子程序中处理。中断子程序中，根据SMB0CN0寄存器判断是什么状态，然后做出响应的处理。

        特别说明，寄存器地址和读写的数据复用放在数组SMB_DATA_OUT里。

        读写函数：

        void SMB_Write(uint8_t Flag)
        {
           while(SMB_BUSY);                    // Wait for SMBus to be free.
           SMB_BUSY = 1;                       // Claim SMBus (set to busy)
           SMB_RW = Flag;                         // Mark this transfer as a WRITE
           SMB0CN0_STA = 1;                    // Start transfer
           while(SMB_BUSY);
        }

        void SMB_Read(void)
        {
           while(SMB_BUSY);                    // Wait for bus to be free.
           SMB_BUSY = 1;                       // Claim SMBus (set to busy)
           SMB_RW = 1;                         // Mark this transfer as a READ

           SMB0CN0_STA = 1;                    // Start transfer

           while(SMB_BUSY);                    // Wait for transfer to complete
        }

        中断处理子程序：

      switch (SMB0CN0 & 0xF0)          // Status vector
      {
         // Master Transmitter/Receiver: START condition transmitted.
         case SMB_MTSTA:
            SMB0DAT = TARGET;          // Load address of the target slave
            SMB0DAT &= 0xFE;           // Clear the LSB of the address for the
                                       // R/W bit
            SMB0DAT |= RW_FLAG;        // Load R/W bit
            SMB0CN0_STA = 0;           // Manually clear START bit
            sent_byte_counter = 1;     // Reset the counter
            break;

         // Master Transmitter: Data byte transmitted
         case SMB_MTDB:
            if (SMB0CN0_ACK)            // Slave SMB0CN0_ACK?
            {
               if (RW_FLAG == WRITE)    // If this transfer is a WRITE,
               {
                  if (sent_byte_counter <= NUM_BYTES_WR)
                  {
                     // send data byte
                     SMB0DAT = SMB_DATA_OUT[sent_byte_counter-1];
                     sent_byte_counter++;
                  }
                  else
                  {
                     SMB0CN0_STO = 1;  // Set SMB0CN0_STO to terminate transfer
                     SMB_BUSY = 0;     // And free SMBus interface
                  }
               }
            }
            else                       // If slave NACK,
            {
               SMB0CN0_STO = 1;        // Send STOP condition, followed
               SMB0CN0_STA = 1;        // By a START
            }
            break;

         // Master Receiver: byte received
         case SMB_MRDB:
            SMB_DATA_OUT = SMB0DAT; // Store received byte
            SMB_BUSY = 0;           // Free SMBus interface
            SMB0CN0_ACK = 0;        // Send NACK to indicate last byte of this transfer

            SMB0CN0_STO = 1;        // Send STOP to terminate transfer
            break;

         default:
            FAIL = 1;                  // Indicate failed transfer
                                       // and handle at end of ISR
            break;