分享C2000上使用GPIO模拟I2C通信

Jacktang

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 I2C作为一种简单的数字通讯方式，仅需要两根数据线就可以完成近距离主机（Master）与从机(Slave)之间的通讯，节省了MCU引脚以及额外的逻辑芯片，简化了PCB布板难度，因此得到了广泛的应用。近年来，TI也推出了越来越多支持I2C通讯功能的芯片，大大简化了芯片与MCU之间的通讯，方便了系统的设计。

     但在实际应用中，针对性能要求较低的应用场合，通常选择外设较为简单的低端主控MCU，可能并不具备I2C接口。对于此类应用，可以通过MCU的IO口进行I2C模拟，与被控器件建立通讯，达到发送控制指令、读取内部寄存器的目的。即使在I2C接口缺失的情况下也能够充分发挥器件的全部功能。

     本文基于C2000提供了一种利用GPIO模拟I2C控制被控芯片的解决方案，并附有完整例程。对于绝大多数采用标准I2C通信协议以及部分采用SMBus的芯片均具有参考意义。基于其它MCU的方案也可参考该例程进行移植。
在C2000中，可以通过以下代码实现起始信号的发送。其中SCL及SDA分别代表用C2000 GPIO模拟的SDA及SCL总线，具体定义请参考例程部分。

void I2C_Start(void)  
{  
    Delay(I2CDelay);  
    SCL_High();   // Set the SCL  
    SDA_High();   // Set the SDA  
    Delay(I2CDelay);  
    SDA_Low();    // Clear the SDA while SCL is high indicates the start signal  
    Delay(I2CDelay);  
    SCL_Low();    // Clear the SCL to get ready to transmit 
}  
     可以参考以下代码实现结束信号的发送：

void I2C_Finish(void)  
{  
    SDA_Low();    // Clear the SDA  
    SCL_Low();    // Clear the SCL  
    Delay(I2CDelay);  
    SCL_High();   // Set the SCL  
    Delay(I2CDelay);  
    SDA_High();   // Set the SDA while SCL is high indicates the finish signal  
}  
1.2 数据位及地址位

       I2C通讯的数据位通常由1-8的数据构成，在主机进行数据的发送以及读取期间，SCL总线时钟信号时钟仍由主机发出，每个SCL高电平期间对应一位数据。在SCL高电平期间，都应该保持SDA上的数据正确，因此在实际的应用中，通常使得SDA的高电平脉宽宽于SCL。

       地址位的发送与数据位类似，实际的操作中可以将设备的7位地址位+1位读写位作为一个8位字节进行整体的发送。以BQ25703A为例，默认设备地址为0x6B(7bit)。则在进行读操作时，所要发送的字节为0xD7(1101011b+1b)；进行写操作时，所要发送的整体字节为0XD6 (1101011b+0b)。

       数据位及地址位的发送均可参考以下发送一个8位byte的实现方法：

void I2C_Send_Byte(unsigned char txd)  
{  
    int t;  
    SDA_Output();   // Config SDA GPIO as output  
    SCL_Low();      // Clear the SCL to get ready to transmit  
    txd&=0X00FF;    // Get the lower 8 bits  
    for(t=0;t<8;t++)  
        {  
            SDA_Data_Register = (txd&0x80)>>7;  // Send the LSB  
            txd<<=1;  
            Delay(I2CDelay/2);  
           SCL_High();   // Set the SCL  
           Delay(I2CDelay);  
           SCL_Low();    // Clear the SCL  
           Delay(I2CDelay/2);  
        } 
}  
1.3 ACK/NACK指令

     Acknowledge（ACK）以及Not Acknowledge（NACK）指令通常发生在一个byte发送结束之后，用于标志一个byte发送的成功或失败。特别需要注意的是，即使是在ACK时钟周期期间，SCL总线时钟信号也是由主机产生的。

     ACK: 当一次发送结束，主机释放SDA总线。若发送成功，从机在第9个时钟周期内拉低SDA总线，并在整个高电平期间保持。

     NACK: 当一次发送结束，主机释放SDA总线。若发送失败，在第9个时钟周期内SDA始终处于高电平。

     在通讯中作为主机的MCU通常只需要实现NACK的发送以及ACK信号的等待，具体可参考以下程序：

void I2C_NAck(void)  
{  
    SCL_Low();     // Clear the SCL to get ready to transmit  
    SDA_Low() ;    // Clear the SDA  
    Delay(I2CDelay);  
    SCL_High();    // Set the SCL  
    Delay(I2CDelay);  
    SCL_Low();      // Clear the SCL  
    Delay(I2CDelay); 
}  
 

Uint16 I2C_Wait_Ack(void)  
{  
    int ErrTime=0;  
    int ReadAck=0;  
    SDA_Input();  // Config SDA GPIO as Input
    Delay(I2CDelay);  
    SCL_High();   // Set the SCL and wait for ACK  
    while(1)  
    {  
         ReadAck = SDA_Data_Register ;  // Read the input  
         if(ReadAck)  
        {   
             ErrTime++;  
             if(ErrTime>ErrLimit)  
            {  
                 //Error handler:Set error flag, retry or stop.  
                //Define by users  
                 return 1;  
             }  
        }  
         if(ReadAck==0)  // Receive a ACK
         {  
             Delay(I2CDelay);  
            SCL_Low();   // Clear the SCL for Next Transmit  
             return 0;  
         }  
     } 
} 
   基于以上几个基本的I2C通讯操作，就可以发送一个完整I2C数据帧，实现基本的I2C通讯功能，构建了利用GPIO口模拟I2C进行芯片控制的基础。