用F340 GPIO做I2C
在和Qinheng开发小尺寸点灯治具中,F340和FPGA采用I2C通信,其中F340作为I2C的主机,I2C端口用自己的GPIO编写,总结遇到的问题及注意事项:
1. F340端口及上拉电阻设置:
要配成SCL/SDA的端口必须设置成opendrain结构,本例中设置如下:
sbitSCL = P0^; sbit SDA = P0^; void PORT_Init(void) { P0MDOUT = 0x00; // P0 is open-drain XBR1= 0x40; // Enable crossbarand weak pull-ups }
上拉电阻搭配XILINXSPARTAN3E的FPGA,经尝试发现用750ohm阻值的电阻,波形较好。1K及2.2K的均可以通信。
2. I2C时序控制:
I2C读写的时序一定要准照协议,否则会出现SCL、SDA线电平被拉、互相干扰等异常。本次开发中遇到问题的有下述几点。
2.1 写时序时注意事项
写操作时,结束标志由主机发起,发起的位置要注意,是在读完最后一个ack响应后的一个clk上升沿之后,不是在读完ack后直接产生。从clk的个数上来看,从最后一个byte来数,是在第10个clk上升沿之后。写操作正常时序如下图:
注意结束标志起来的位置,结束标志的产生需特别注意,参考代码。
写操作的代码如下:
/*I2C字节写 */ void i2c_write_byte(unsigned char b) { ; ; i>=; i--) { set_scl(); set_sda(b&(<<i)); //从高位到低位依次准备数据进行发送 set_scl(); set_scl(); set_scl(); set_scl(); set_scl(); } i2c_read_ack(); //检查目标设备的ACK信号 } /* I2C读取ACK信号(写数据时使用) */ unsigned char i2c_read_ack() { unsigned char ack; set_sda(); // 主机释放SDA线,为读响应位做准备 set_scl(); set_scl(); ack = SDA; // 接收从机的ACK信号 set_scl(); set_scl(); // 上升沿读取ACK信号 set_scl(); set_scl(); // 读取完毕 return ack; } /* I2C终止条件 */ void i2c_stop() { // 结束标志前SCL、SDA状态清零 set_scl(); set_sda(); // 在SCL低电平处将SDA拉低 set_scl(); // 产生结束标志 set_scl(); // 拉高SCL set_scl(); set_scl(); set_sda(); // 拉高SDA TimerDelay_us(); } /* I2C写操作 pSlave_addr:I2C slave设备地址 pChip_addr: 目标设备地址 buf:写缓冲区 len:写入字节的长度 自己应用中,协议里的chipaddr和ifsel等参数可向该函数中添加参数 */ void i2c_write (U8 pSlave_addr, U8 pChip_addr, U8* buf, intlen) { int i; unsigned char t; i2c_start(); //起始条件,开始数据通信 // 发送slave地址和register地址,写方向 t = (pSlave_addr<< ) | ; //低位为0,表示写数据 i2c_write_byte(t); // 发送chipaddress t = pChip_addr; i2c_write_byte(t); // 写入数据 ; i<len;i++) i2c_write_byte(buf[i]); i2c_stop(); //终止条件,结束数据通信 }
另外就是注意主机写数据与读ack的操作,对sda线的控制问题:
主机8bit数据写完后与读ack的衔接,写数据时是主机控制sda线,读ack时要将sda线的控制权交出,作为opendrain接口,交出控制权的方法就是将该端口置1。所以读ack操作时第一步是将sda置1。观察波形可以看到如果和从机正常通信,从机响应ack(sda 置0)交出sda控制权后,sda线仍会被拉高,如下图红框中所示。
open drain结构的特点就是:默认情况下,端口始终是高电平,但要控制总线时,可对其进行拉低操作。如要交出控制权,只需将自己的端口置1即可。
2.2 读时序注意事项:
在本例开发中读操作时序犯了三个错误:restart信号的格式;读操作结束时最后一个byte读取完毕后,要发送nack,之前读完每个byte后发送的是ack;每读完一个byte后发送ack后,要交出sda控制权,即要将自己端口的sda置1。
读操作的正确时序如下图所示:
读操作的代码如下:
/* I2C读操作 pSlave_addr:I2C slave设备地址 pChip_addr: 目标设备地址 pReg_addr_msb: 要读取寄存器地址高字节 pReg_addr_lsb:要读取寄存器地址低字节 buf:读缓冲区 len:读入字节的长度 */ void i2c_read(U8 pSlave_addr, U8 pChip_addr, U8 pReg_addr_msb, U8pReg_addr_lsb, U8* buf, int len) { int i; unsigned char t; i2c_start(); //起始条件,开始数据通信 //发送slave地址和register地址,写方向 t = (pSlave_addr<< ) | ; //低位为0,表示读数据 i2c_write_byte(t); // 发送chipaddress i2c_write_byte(pChip_addr); // 发送registeraddress i2c_write_byte(pReg_addr_msb); i2c_write_byte(pReg_addr_lsb); TimerDelay_us(I2C_READ_WAIT_FPGA); // 等待FPGA读取 // set restart i2c_restart(); //发送slave地址,读方向 t = (pSlave_addr<< ) | ; //低位为1,表示读数据 i2c_write_byte(t); //读入数据 ; i<len;i++) { )) buf[i] =i2c_read_byte(); // 读取一个byte后发送ack else buf[i] = i2c_read_lastbyte(); // 读取完最后一个byte发送nack } i2c_stop(); //终止条件,结束数据通信 } /* I2C字节读 */ unsigned char i2c_read_byte() { ; unsigned ; ; i<; i++) { set_scl(); set_scl(); rbyte =(rbyte<<)|SDA; //从高位到低位依次准备数据进行读取 set_scl(); set_scl(); set_scl(); } i2c_send_ack(); //向目标设备发送ACK信号 return rbyte; } /* I2C 读最后一字节 */ unsigned char i2c_read_lastbyte() { ; unsigned ; ; i<; i++) { set_scl(); set_scl(); rbyte =(rbyte<<)|SDA; //从高位到低位依次准备数据进行读取 set_scl(); set_scl(); set_scl(); } i2c_send_nack(); //向目标设备发送NACK信号 return rbyte; } /* I2C发出ACK信号(读数据时使用) */ void i2c_send_ack() { set_sda(); // 主机发送ack,并控制sda线 set_scl(); set_scl(); // 给从机提供上升沿读取ack set_scl(); set_scl(); set_sda(); //主机释放sda线,为读下一byte数据做准备 } /* I2C发出NACK信号(读数据时使用) */ void i2c_send_nack() { set_sda(); // 主机发送nack,并控制sda线 set_scl(); set_scl(); // 给从机提供上升沿读取ack set_scl(); set_scl(); } /* I2C restart */ void i2c_restart(void) { set_scl(); set_scl(); set_sda(); }
注意点:
Restart信号和之前I2C写操作的衔接。在上一步写操作完成后,会读取从机的ack响应,读取完毕后,sda线会被拉高,此时按程序所示产生restart信号。
I2C读操作过程中,多个字节读取时,前面的字节读取完毕发送ack信号,最后一个字节读取完毕一定要发送nack信号。
多字节读取过程中,每个字节读取完毕发送ack信号(sda由主机置低)之后,务必要有交出sda线控制权的操作,即将主机的sda端口置高,如i2c_send_ack()函数中的set_sda(1)。不然会产生竞争,从机发出的数据高电平会出现被拉低的现象,如下图所示。
不加set_sda(1):
加set_sda(1):
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