IIC接口技术与24C02在瑞萨RL78/G13中的开发笔记整理
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本帖最后由 ohy3686 于 2016-4-9 14:50 编辑
IIC接口技术与24C02在瑞萨RL78/G13中的开发笔记整理
广东职业技术学院 欧浩源 1.IIC总线概述
IIC总线全称：Inter-Integrated Circuit，是由飞利浦公司开发出来的一种串行总线协议，它是一种多主机的总线，当发生主机竞争时，有总线仲裁机制。 IIC总线只有2根信号线，一根是数据线SDA，一根是时钟线SCL。SDA和SCL均为双向信号线，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线都是高电平。连接到总线上的任一器件，输出低电平，都将使总线的信号变低。 连接总线的器件输出级必须是集电极或漏极开路，以形成线“与”功能。 每个具有IIC接口的设备都有一个唯一的地址，也叫做设备地址。 数据位的有效性定义： IIC总线在进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定。只有在时钟信号为低电平期间，数据线上的数据才允许变化。
2. IIC总线数据传输规范 在数据的传输过程中，必须确认数据传送的开始和结束。在IIC总线规范中，规定了起始信号和停止信号。 起始信号：当SCL为高电平时，SDA由高变低。 停止信号：当SCL为高电平时，SDA由低变高。 在起始信号以后，IIC总线就被认为是处于忙状态，直到停止信号以后的几个时钟周期，IIC总线才被认为重新处于空闲状态。 在起始信号之后，必须是器件的控制字节，也即是设备地址，其中高4位是器件的类型识别符（EEPROM的识别符为1010），接着3位是片选信号，最后1位是读写控制位，读操作为1，写操作为0。 对于EEPROM器件来说，如果片选信号为000，则： 读操作的设备地址为：0xA1。 写操作的设备地址为：0xA0。 IIC总线每次传送的数据字节不限，每一个字节必须是8位。数据传送时，必须先送最高位(MSB)，每个数据字节后面都有一个确认位，也就是应答(ACK)。 应答位是用来结束一个字节的传输，它由接受方在数据开始后的第9个时钟周期发送，也就是说，一帧完整的数据共有9位。 注意：当主机接收数据（也就是在读数据状态）时，它收到最后一个字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是通过对从机的“非应答”来实现的，然后从机会释放SDA线，从而允许主机产生一个停止信号。
3. IIC总线数据帧的传输方式 在总线的一次数据传送中，可以有以下几种组合方式： （1）主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变： （2）主机在第一个字节后，立即从从机读数据。 在读数据的过程中，一定要注意，当读完最后一个字节数据的时候，主机不能产生“应答”信号，而应该产生一个“非应答”信号。 （3）在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读写方向位正好反相。 注：阴影部分表示数据从主机向从机传送，无阴影部分表示数据由从机向主机传送。
4. EEPROM存储器24C02的概述
24C02是一个2K Bit的串行EEPROM存储器，内部含有256个字节。在24C02里面有一个8字节的页写缓冲器。该设备的工作电压为1.8V到6.0V，芯片的第7引脚WP为写保护引脚，将该引脚接地允许正常的读写。
5. EEPROM存储器24C02的读写规范 5.1 应答信号 IIC总线数据传送时，每成功传送一个字节后，接收器必须产生一个应答信号，应答的器件在第9个时钟周期将SDA拉低，表示其已收到一个8位数据。 在写操作中，24C02每接收到一个8位数据后，响应一个应答信号。 在读操作中，24C02在发送完一个8位数据后，释放SDA线并监视一个应答信号，一旦收到应答信号，它将继续发送数据。如果主机没有 发出应答信号，即主机发送了一个“非应答”信号，24C02则停止传输数据，且等待一个停止信号。 5.2 字节写 24C02在设备地址接收完成之后，应答主机，然后接收一个8位的字节地址。接收完字节地址后，应答主机，然后开始接收一个8位的数据。在接收完8位数据后，应答主机。24C02的停止信号，必须有主机发出。 5.3 页写 页写的初始化过程与字节写相同，只是主机不会在第一个数据之后发生停止信号，而是在24C02应答主机后，接着发送7个数据。24C02收到每个数据后都会应答，最后由主机发送停止信号。 接收到每个数据后，24C02字节地址的低3位内部会自动加1，高位地址不变，维持在当前页内。当内部产生的字节地址达到该页边界时，随后的数据将写入该页的页首，而先前的字节将会被覆盖。为什么会这样？ 因为24C02内部的页写缓冲器是8个字节的。每一个写入24C02中的数据都不是直接写入EEPROM内，而是先写到页写缓冲器，待数据传送结束后再一次写入EEPROM内部。 5.4 当前地址读 24C02内部地址寄存器保存着上次读/写操作最后一个地址加1的值。只要该芯片有电，该地址就一直保存着。若上次读/写的操作地址为N，则当前读地址从N+1开始。当读到最后页的最后字节（即255地址处），地址会回转到0地址。 5.5 字节读 主机首先通过发送起始信号，接着发送24C02的设备地址和它想要读取的数据所在的字节地址，执行一个伪写操作。 在24C02应答主机之后，主机重新发送起始信号和从设备地址，进行读操作，24C02响应并发送应答信号，然后输出所要求的一个8位字节数据。主机接收完这个8位数据后，不发送应答信号，而是产生一个“非应答”信号，然后发送一个停止条件。 5.6 连续读 在24C02发送完一个8位字节数据之后，主机产生一个应答信号来响应，告知24C02要求读取更多的数据，直到读完最后一个数据后，向24C02发送一个“非应答”信号，然后发送一个停止信号，结束此操作。
6.瑞萨单片机RL78/G13系列单片机IIC接口开发技术 本应用案例采用瑞萨的RL78/G13系列单片机R5F100BE，该单片机有32个引脚，内部外设功能较多，有多路IIC接口，本例选用了IICA0通道，也就是P6.0用做SCL，P6.1用做SDA。 开发环境为CubeCuite+，仿真器为EZ-CUBE，目标板为：瑞萨入门套件HRF100BS-V2.0。
6.1 IIC接口的参数配置 使用CubeSuite+自带的Code Generator(Design Tool)功能，生产程序框架及接口驱动程序。首先双击“Clock Genneral”设置“PIOR register”,在右侧的工作窗口中选择“Pin assignment”选项卡，直接点击下方的“Fix settings”设置PIOR = 0x00。注意，该值一旦设定，就不能再进行更改了。 设置Clock setting，该参数采用默认设置，使用内部的32MHz振荡器，将On-chip debug setting选择设置为使用在线调试模式。 双击左侧工作窗口的“Serial”选项， 进行串行通信接口设置。在“General setting”下，选择“IICA0”选项，在“Transfer mode”选项卡中将其设置为单主模式。 在“Setting”选项卡中设置IICA0的各项参数，时钟用默认设置fCLK/2，本地地址不需要设置，传输速率可根据设置的传输时钟确认速度，在本例中，采用默认的设置。设置发送接收数据完成的函数，如图。 至此，IICA0的参数设置已经完成，接下来，将看门狗关闭，在右侧上方的菜单选卡中点击“Generate Code”，即可生产框架代码和接口驱动函数。 6.2 IIC接口的函数介绍 IICA0相关的代码在“r_cg_serial.c”和“r_cg_serial_user.c”两个文件之中，前者为系统生成的接口驱动函数，后者为给用户准备的发送和接收完成的函数，这几个都是空函数，用户可以在里面添加数据发送和接收完成后的功能。 在“r_cg_serial.c”文件中，主要有5个函数： void R_IICA0_Create(void)； void R_IICA0_Stop(void)； void R_IICA0_StopCondition(void)； R_IICA0_Master_Send( uint8_t adr, uint8_t * const tx_buf, uint16_t tx_num, uint8_t wait)； R_IICA0_Master_Receive( uint8_t adr, uint8_t * const rx_buf, uint16_t rx_num, uint8_t wait)； R_IICA0_Create(void)函数，是IICA0串行接口单元初始化函数，该函数在r_systeminit.c文件中的R_Systeminit()函数中被调用。对于我们开发人员来说，在应用编程过程中，不需要使用这个函数。 R_IICA0_Stop(void)函数和R_IICA0_StopCondition(void)函数都是IICA0停止的函数，对于开发人员来说，在编程中也是极少用到。与用户直接相应的是接收和发送函数。
IICA0的发送函数R_IICA0_Master_Receive，有四个参数： 参数1：设备地址。 参数2：发送数据缓冲区，是一个指针或数组名。 参数3：发送数据的长度。 参数4：每次发送数据后的延时时间。 调用该函数后，等待发送中断函数产生，当发送中断发送数据达到设定的数据长度后，数据发送完成函数r_iica0_callback_master_sendend(void)被调用，用户可以在该行数中进行后续的操作编程。
IICA0的接收函数R_IICA0_Master_Send，有四个参数： 参数1：设备地址。 参数2：接收数据缓冲区，是一个指针或数组名。 参数3：接收数据的长度。 参数4：每次发送数据后的延时时间。 调用该函数后，等待接收中断函数产生，当接收中断发送数据达到设定的数据长度后，数据发送完成函数r_iica0_callback_master_receiveend(void)被调用，用户可以在该行数中进行后续的操作编程。
6.3 读写主程序的应用开发 将6个字节的数据写到24C02的地址0，然后将其读出来存在一个数组中。 开发思路如下： 我们要将6个字节的数据写入24C02，但是我们在设置输出数据缓冲区的时候，不能设置6字节的数组，而应该设置一个7字节的数据，用第0个元素来存放字节地址，第1元素到第6元素才是要发送的数据，这样的话，就可以利用发送函数一次将字节地址和数据一次传送过去。 在接收数据中，首先要将字节地址通过一个伪写操作发送过去，然后才能利用接收函数去接收相应的数据。 具体程序实现如下：
void main(){ unsigned char sendIIC[7] = {0,1,2,3,4,5,6}; unsigned char recvIIC[6],Addr_24C02; Addr_24C02 = 0x00; //字节地址 sendIIC[0] = Addr_24C02; //将字节地址放在发送缓冲区的第一元素 R_IICA0_Master_Send(0xa0, sendIIC, 7,200); //发送数据
Addr_24C02 = 0x00; //字节地址 R_IICA0_Master_Send(0xa0,&Addr_24C02,1,200); //执行一个伪写操作 R_IICA0_Master_Receive(0xa0,recvIIC,6,200); //接收数据 } 7.结语 IIC接口是嵌入式应用开发的一个常用接口，无非也就是模拟时序和外设模块两种开发模式，只要掌握了IIC接口的通信规范和工作原理，不管是那种开发情况，都可以得心应手，这就是我们《大学》说的：物有本末，事有终始，知所先后，则近道矣。 如有嵌入式技术应用交流，欢迎发邮件探讨（ohy3686@foxmail.com）,亦有一瑞萨单片机开发交流Q群：173345944，欢迎大牛加入指导。 ============================================================================================================ 广东.佛山 2016-4-12（整理完毕）
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