I2C Bit-Bang 程序分析

来源：互联网发布：万艾可用多少毫克知乎编辑：程序博客网时间：2024/04/30 07:14

一、Bit Bang

关于 Bit Bang 的解释:Use software to control serial communication at general-purpose I/O pins,简单来讲就是使用软件通过 IO 脚去实现 I2C 的时序从而使用 I2C 协议进行通信。

这样做的好处是可以突破硬件上的限制，例如芯片不具有硬件 I2C 模块，或者硬件 I2C 模块损坏，又或者使用硬件 I2C 模块时布线非常麻烦。坏处是需要写代码模拟时序，根据不同的硬件平台和不同的时钟频率，代码中的部分参数是不一样的。

二、代码分析

以下代码基于 STM32 系列 MCU

使用软件模拟 I2C 的步骤如下：

1、设置 GPIO 管脚
设置两个管脚作为 SCL 和 SDA，例如 GPIOA1 和 GPIOA2

#define SCL_PORT            GPIOA#define SCL_PIN             GPIO_Pin_1#define SCL_HIGH            GPIOA->BSRR=(uint32_t)GPIO_Pin_1    #define SCL_LOW             GPIOA->BRR=(uint32_t)GPIO_Pin_1#define SDA_PORT            GPIOA#define SDA_PIN             GPIO_Pin_2#define SDA_HIGH            GPIOA->BSRR=(uint32_t)GPIO_Pin_2#define SDA_LOW             GPIOA->BRR=(uint32_t)GPIO_Pin_2#define SDA_READ            (uint16_t)(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_2)#define SDA_OUT             GPIOA->MODER|=(((uint32_t)GPIO_Mode_OUT) << (2 * 2))#define SDA_IN              GPIOA->MODER&=~(GPIO_MODER_MODER0<<(2 * 2))

2、SCL时钟周期

void I2C_Delay(void){    uint8_t i = 200; //根据具体的硬件平台和主频调整    while(i--);}

3、附加设置
这里主要是使用宏定义模拟函数

#define SCL_OUTH()      SCL_HIGH#define SCL_OUTL()      SCL_LOW#define SDA_OUTH()      SDA_HIGH#define SDA_OUTL()      SDA_LOW#define SDA_SETIN()     SDA_IN#define SDA_READ()      SDA_READvoid SDA_SETOUT(void)   {    SDA_IN;    SDA_OUT;   //确保 IO 为输出模式}

4、I2C 启动

void I2C_Start(void)               {     SCL_OUTH();    SDA_OUTH();    I2C_Delay();    SDA_OUTL();    I2C_Delay();    SCL_OUTL();    I2C_Delay();}

5、I2C停止

void I2C_Stop(void)              {    SCL_OUTL();    SDA_OUTL();    I2C_Delay();        SCL_OUTH();    I2C_Delay();            SDA_OUTH();    Delay(Delay5ms);    //Delay() 为系统延时，用于确保数据传输正确}

6、发送 8 位数据，返回值为从响应 ACK 标志

uint8_t I2C_WriteByte(uint8_t Data){    uint8_t i,bAck=0;    for(i=0;i<8;i++)    //循环加移位，不断地将数据通过 SDA 管脚的高低电平发送出去    {        SCL_OUTL();                 if (Data & 0x80)                SDA_OUTH();        else                            SDA_OUTL();        I2C_Delay();        SCL_OUTH();                 I2C_Delay();        Data <<= 1;    }    SCL_OUTL();                 I2C_Delay();    SCL_OUTH();                 I2C_Delay();            SDA_SETIN();       //设置 SDA 管脚为输入模式    if(SDA_READ())     //判断从机响应        bAck = 1;    else        bAck = 0;    SCL_OUTL();                 SDA_SETOUT();    SDA_OUTH();    I2C_Delay();        return ((uint8_t)(!bAck));  }

7、接收 8 位数据

uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t bLSByte){    uint8_t i,Data=0;    SDA_SETIN();    for(i=8; i!=0; i--) //循环加移位接收 8 位数据    {        SCL_OUTL();                 Data = Data << 1;        I2C_Delay();        SCL_OUTH();                 I2C_Delay();        if(SDA_READ())            Data |= 0x01;        else            Data &= 0xfe;    }       SCL_OUTL();                 SDA_SETOUT();       if(bLSByte)        SDA_OUTH(); // for Nack    else        SDA_OUTL(); // for ACK    I2C_Delay();            SCL_OUTH();                 I2C_Delay();        SCL_OUTL();                 I2C_Delay();        return(Data);}

三、操作实例

以下代码为通过调用上面的基本代码来实现 I2C 通信

1、设置 DAC 寄存器的值
三个参数分比为从机地址，寄存器地址，8 位数据

uint8_t DAC_Write_1byte(uint8_t Slave,uint8_t Regis_Addr,uint8_t Data){    uint8_t succ,time=0;    I2C_Start();    succ=I2C_WriteByte(Slave);    while((succ!=1)&&(time<3)) //从机没有响应，重试三次    {        I2C_Stop();        I2C_Start();        succ=I2C_WriteByte(Slave);              time++;    }    succ=I2C_WriteByte(Regis_Addr); //发送寄存器地址    succ=I2C_WriteByte(Data);   //发送数据    I2C_Stop();     return succ;}

2、读取 DAC 寄存器的值
两个参数分别为从机地址，寄存器地址，返回数据为 16 位。这是由于某些器件的硬件设计，采用 7 位表示寄存器地址，而每个寄存器包含 9 位数据。更常见的方式为 8 位寄存器地址，一个寄存器 8 位数据，这种方式的代码仅返回 8 位数据，见代码 2。

代码 1，返回 16 位数据，不常见

uint16_t DAC_Read_1byte(uint8_t Slave,uint8_t Regis_Addr){     uint8_t Data[2];    uint8_t succ,time=0;    uint16_t retData=0;    I2C_Start();    succ=I2C_WriteByte(Slave);    while((succ!=1)&&(time<3))    {        I2C_Stop();        I2C_Start();        succ=I2C_WriteByte(Slave);        time++;    }    succ=I2C_WriteByte(Regis_Addr);    I2C_Start();        succ=I2C_WriteByte((Slave|0x01));    Data[0] = I2C_ReadByte(0);    Data[1] = I2C_ReadByte(1);    I2C_Stop();    retData = (uint16_t)Data[0]<<8;    retData += (uint16_t)Data[1];    return retData;}

代码 2，返回 8 位数据

uint8_t DAC_Read_1byte(uint8_t Slave,uint8_t Regis_Addr){    uint8_t succ,time=0;    uint8_t dat;    I2C_Start();    succ=I2C_WriteByte(Slave+1);  //加 1 代表读数据     while((succ!=1)&&(time<3)) //从机没有响应，重试三次    {        I2C_Stop();        I2C_Start();        succ=I2C_WriteByte(Slave+1);              time++;    }    succ=I2C_WriteByte(Regis_Addr); //发送寄存器地址    dat=I2C_ReadByte(0);    //发送数据    I2C_Stop();     return dat;}

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