Bit-Bang: 指通过软件控制驱动 I/O 引脚以提供串行通信功能
Bit-Band: 位段操作
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_READ
void 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;
}