51单片机实现对24C02进行页写、顺序读取并显示验证

源：51单片机实现对24C02进行页写、顺序读取并显示验证

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//**程序名称：51单片机实现对24C02进行页写、顺序读取并显示验证
//**编写人：**** 
//**修改人：****
//**程序目的：熟悉I2C总线协议，实现51模拟I2C时序和24C02通信
//**功能描述：51单片机将8个字节数据写入24C02的一页中，然后顺序读出，每隔1秒送P0口LED显示
//**其他说明：本程序是采用某51开发板，若在其他地方验证可更改相关端口及延时程序等。
//** 程序编写前曾参考过多个教程，最终自己编程通过，并详加注释。
//** 可供初学者参考，并不对程序的可靠性等作保证。
//**开发工具：keil 7.50 （C51） 
//**日期：
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#include <REGX51.H>
#include <intrins.h>    //因为用到_nop_();
typedef unsigned char uchar;
sbit SCL = P3^3;        //注意P1、P2、P3口有内部上拉电阻，可直接连SDA和SCL，若想用P0需外接上拉电阻，否则连上无法输出高电平！
sbit SDA = P3^4;
uchar j;                //用于计数50ms的个数的全局变量
uchar code ToSDAdataBuffer[8] = {0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00}; //写入24C02的一组数据，8个字节对应24C02的一页（共32页），这里把这些要验证的常数放到程序存储区
uchar ReceivedData[8];    //用于存储接收的8个字节数据（1页）的数组

//本例51为单主机，24C02为从机，不需要总线裁决
//延时5us子程序
void delay5us(void)
{
    _nop_(); //时序图要求开始建立时间tSU.STA大于4.7us，开始保持时间tHD.STA大于4us。51中每个_nop_();延时1个CPU cycle，即1us。
    _nop_(); //如考虑不同CPU频率不同，可用带参数的延时，参数在前面宏定义。
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
}


//50ms定时器0中断函数
void timer0() interrupt 1         //j是个全局变量，不是返回值，所以这里还是void。
{
    TH0 = (65536-46080)/256;    //11.0592MHz时每50ms一次定时器中断
    TL0 = (65536-46080)%256;
    j++;                         //也可以把判断j到20，并给P0口送显示数据的程序放在中断里处理
}


//延时1秒的子程序，用于将读取的数据每隔一秒显示在LED上
void delay1s(void)
{
    j = 0;
    TMOD = 0x01;                 //方式1的16位计数器
    TH0 = (65536-46080)/256;
    TL0 = (65536-46080)%256;
    EA = 1;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;                     //启动定时器0工作
    while(j < 20)                //j达到20之前空操作，达到20时说明已到1s，下面关中断和定时器0
    ;
    EA = 0;
    ET0 = 0;
    TR0 = 0;
}


//约2ms的延时
void delay(uchar t)
{
    uchar x,y;
    for(x=0;x<t;x++)
    for(y=0;y<250;y++)
    ;
}


//I2C初始化
void InitI2C(void)
{
    SDA = 1;                     //总线空闲时，因各设备都是集电极或漏极开路，上拉电阻使SDA和SCL线都保持高电平。
    SCL = 1;
    delay5us();
}


//产生I2C开始信号
void StartI2C(void)
{
    SDA = 1;         //SDA在SCL为高期间由高变低表示开始，所以先要高
    SCL = 1;
    delay5us();     //时序图要求tSU.STA(Start Set-up Time)大于4.7us
    SDA = 0;         //注意SDA拉低前后都要维持5us以上！
    delay5us();     //tHD.STA(Start Hold Time)大于4us
    SCL = 0;         //拉低SCL，准备发送或接收数据（这两句也可在写或读字节的程序中先将SCL置0，延时）
    delay5us();
}


//产生I2C结束信号
void StopI2C(void)
{
    SDA = 0;         //SDA在SCL为高期间由低变高，说明结束
    SCL = 1;
    delay5us();
    SDA = 1;
    delay5us();
}


//发送方在发完一个字节后检测接收方有没有应答。返回应答成功否。
bit ChkAck(void)
{
    bit SDAtemp;
    SDA = 1;         //释放SDA（置1），然后等待接收方应答将它拉低。确切的说，应是24C02发送字节最后一位的第8个时钟周期下降沿后经tAA
                    //（SCL变低到SDA OUT有效的时间）约0.1-4.5us后拉低SDA，并随第9个时钟后结束。所以24C02正常时，SDA为1并不体现
                    //（第8脉冲后马上被拉低了），但若器件坏了，就需要靠这个置1后不变来判断！（若不置1而上次发的数据最后一位为0就不好判断了）
                    //从24C02的Block Diagram看，它只能在SDA为1时通过控制内部的Dout来把SDA拉低，但不能在SDA为0时将其置高！故主机要常将SDA置1，而SCl置0。
    SCL = 1;         //WriteI2CByte中写完一字节后又将SCL拉低，这里拉高产生第9个时钟上升沿，然后在SCL为高期间对SDA进行检测
    delay5us();
    SDAtemp = SDA;    //如果不用暂存变量，直接return SDA，就不会执行后面的SCL = 0，检测期间的第9个时钟就不完整了
    SCL = 0;
    delay5us();
    return SDAtemp;
}

//51作为主机时，如果接收数据，模拟产生应答时序。形参Ack为0，则应答0，为1不应答。
void AckAsMaster(bit Ack)
{
    if(!Ack)
    　　SDA = 0;
    else
    　　SDA = 1;
    delay5us();
    SCL = 1;         //主机控制SCL时序。关键是保证在SCL脉冲上升沿之前SDA数据已稳定即可。
    delay5us();
    SCL = 0;
    delay5us();
}

void WriteI2CByte(uchar);
uchar ReadI2CByte();

//页写。输入两参数，一个为首字地址，另一个是指向待写入数据数组的指针（括号内第二个参数也可写作uchar ToSDAdataBuffer[]，即数组名代表首地址）。
bit PageWrite(uchar WordAddress,uchar *ToSDAdataBuffer)
{
    //下面的程序我用的if嵌套，网上有些程序是顺序结构，但因为遇到return就返回主程序不再往下执行，所以效果是一样的。
    uchar i;
    StartI2C();
    WriteI2CByte(0xa0);//之所以没设DeviceAddress这个参数，是因为最后一位不属于地址。E2PROM一般前四位为1010，这里A2～A0接地，为0，最后一位0表示写
    if(!ChkAck()){ //检查应答函数返回0说明从机应答0成功。
        WriteI2CByte(WordAddress); //写8-bit data word address，即写到哪个存储单元（24C02有2kbits，所以数据字有2048/8＝256个，故地址线有8位）
        if(!ChkAck()){
            for(i = 0; i < 8; i++){
                WriteI2CByte(ToSDAdataBuffer[i]);
                if(ChkAck()){
                    //这里可添加错误处理代码。如用几个LED的亮灭组合表示此I2C器件有问题，类似主板错误提示。
                    return 1;//一般返回1表示异常，且遇到return就退出整个子程序。
                }
            }
            StopI2C(); //写完发送结束信号。
            return 0; //一般返回0表示程序正常
        }
        else{
            return 1; //之前可添加错误处理代码。
        }
    }
    else{
        return 1;
    }
}

//不能用Current Address Read，因为那是24C02数据字地址计数器上次操作后加1的值；而SEQUENTIAL_READ如果不给一个要读取的开始地址，会从头输出，
//所以需要Random Read的开始部分，但不要停止信号。
bit SequentialRead(uchar WordAddress)
{
    uchar i;
    StartI2C();
    WriteI2CByte(0xa0);
    if (!ChkAck()){
        WriteI2CByte(WordAddress);
        if (!ChkAck()){
            StartI2C();             //the microcontroller must generate another start condition
            WriteI2CByte(0xa1);     //Device Address后紧跟的那一位R/W^是1说明是读，24C02内部就是根据最后这位来判断是从SDA上读数，还是往SDA上送数
                                    //之所以设为1是读，是因为根据WriteI2CByte子程序，最后给SDA赋1，P3^4就维持1，这样24C02内部Dout为高就将SDA拉低；
                                    //如果最后一位是0，24C02没能力拉高！
            if (!ChkAck()){
                for(i = 0;i < 8;i++){
                    ReceivedData[i] = ReadI2CByte();
                    AckAsMaster(0); //51此时接收数据，调用应答的函数（置SDA为0）
                }
                AckAsMaster(1);     //NO ACK.The microcontroller does not respond with a zero but does
                generate a following stop condition.
                StopI2C();
                return 0;
            }
            else{
                return 1;             //之前可添加错误处理代码。
            }
        }
        else{
            return 1;
        }
    }
    else{
        return 1;
    }
}

int main(void)
{
    uchar i;
    P0 = 0xff;
    InitI2C();
    //注意在24C02中用到的页写和顺序读的地址是同一个，且必须是8的整数倍，即每页的首地址才行，如0x08，0x20等。因为24C02页写时后三位地址自动加1，
    //When the word address,internally generated, reaches the page boundary, the following byte is placed at the beginning of the same page.
    //而顺序读时只有在达到整个存储区边界时才会roll over。所以，如读写都用0x32这个地址，由于不是8的整数倍，只有前6个数显示是正确的，最后两个数
    //虽然又从头写在了该页的前面，但SequentialRead确读到了该页之外的两个存储单元，造成错误。
    if (PageWrite(0x08,ToSDAdataBuffer) == 0) { //先执行页写操作，设从地址00开始，没问题就延迟一下再从同一地址读回来。
        delay(100); //等待24C02页写操作完毕
        if(SequentialRead(0x08) == 0){ //如果顺序读操作成功，则每隔1秒送P0口显示一个字节
            for(i = 0; i < 8; i++){
                P0 = ReceivedData[i];
                delay1s();
            }
        }
    }
    while(1)
    ;
    return 0;
}

//往I2C总线写一个字节的数据（即将一个字节的数据发送到SDA上）
void WriteI2CByte(uchar ByteData)
{
    uchar i,temp;
    temp = ByteData;
    // （StartI2C()最后已经先将SCL变0了）：
    for(i=0;i<8;i++){
        temp <<= 1;     //左移一位，I2C要求由MSB最高位开始，移出的CY即要发送到SDA上的数据。下面考虑时序：
        SDA = CY;       //此时SCL已为低，每次移一位送出去（下次进循环后SDA还保持着上次发出去的数据）
        delay5us();     //SDA IN数据变化中点SCL上升沿中点的一段时间是tSU.DAT，即数据建立时间Data In Setup Time，需大于200ns，多延无所谓
        SCL = 1;
        delay5us();     //tHIGH即Clock Pulse Width High，最小4us
        SCL = 0;
        delay5us();     //tLOW即Clock Pulse Width Low，最小4.7us
    }
}

//读取I2C总线一个字节的数据
uchar ReadI2CByte()      //串行总线，51一位位接收从机发送到SDA上的数据，这里只考虑数据已在SDA上时如何存下来这几位，组成一个字节
{
    uchar i,ByteData;
    SDA = 1;             //SCL在ChkAck中已经置0了。注意SCL时序仍然由主机控制！24C02只能将SDA由高拉低，象橡皮筋松手又恢复高，而下面只是读SDA，没赋值
    　　　　　　　　　　　　//其实程序中多处给SDA置1都可省，因为检查应答时为0就正常，无所谓，写字节时也无所谓，就是在读之前要保证SDA为1！
    　　　　　　　　　　　　//因之前有WriteI2CByte(0xa1); 其实这句也可省略。
    delay5us(); 　　　　　//24C02作为发送方在第9个时钟的negative edge clocks data out of each device，所以现在SDA上为新数据
    for(i=0;i<8;i++){
        SCL = 1;         //置时钟线为高使数据线上数据有效
        delay5us();
        ByteData = (ByteData<<1)|SDA; //SDA上已是新数据了，读之。data不管以前多少，左移后最右边为0，和SDA“按位或”后MLB就是SDA
        SCL = 0;
        delay5us();
    }
    return ByteData;
}