【龙芯1c库】封装模拟I2C接口和使用示例

龙芯1c库是把龙芯1c的常用外设的常用功能封装为一个库，类似于STM32库。Git地址：http://git.oschina.NET/caogos/OpenLoongsonLib1c
I2C接口是常用的接口之一，很多传感器都是使用I2C接口，本文使用普通GPIO模拟I2C，实现与温湿度传感器AM2320正常通信。 先展示如何使用模拟I2C接口，然后再来看看怎么封装这些接口的。

龙芯1c库中模拟I2C接口使用示例

模拟I2C接口简介

先来看看封装了那些接口，如下

// 模拟i2c的接口信息
typedef struct
{
unsigned int scl_gpio;          // SCL所在gpio引脚
unsigned int sda_gpio;          // SDA所在gpio引脚
int delay_time;                 // 周期的1/2，单位us
}simulate_i2c_t;

/*
* 模拟i2c初始化
* @i2c_info i2c的接口信息
*/
void simulate_i2c_init(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 模拟I2C的开始
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_start(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 模拟I2C的停止
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_stop(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 给从设备发送一个ack应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_send_ack(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 给从设备发送一个no ack非应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_send_no_ack(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 读取从设备的ack应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret 读取到的信号。0表示应答，1表示非应答
*/
unsigned int simulate_i2c_read_ack(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 主设备从从设备那里读取一个8bit数据
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret 读取的数据
*/
unsigned char simulate_i2c_read_byte(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 主设备写8bit数据到从设备
* @i2c_info i2c接口信息
* @data 待写数据
*/
void simulate_i2c_write_byte(simulate_i2c_t *i2c_info, unsigned char data);

系统初始化时，首先调用simulate_i2c_init()对gpio初始化，然后调用simulate_i2c_start()发送I2C的开始信号，发送开始信号之后，一般需要调用simulate_i2c_write_byte()发送I2C子设备地址，然后才是调用simulate_i2c_write_byte()或simulate_i2c_read_byte()收发数据，每一个字节的数据后面都有一个ACK或NACK信号（发送地址时也有ack信号），根据情况调用simulate_i2c_send_ack()，simulate_i2c_send_no_ack()或者simulate_i2c_read_ack()，最后调用simulate_i2c_stop()发送停止信号，结束一次I2C通信过程。

为啥每个函数都有个相同的入参“simulate_i2c_t *i2c_info”呢？目的是告诉每个函数模拟I2C的GPIO引脚和I2C时钟周期，这样可以实现一个程序中同时支持多个不同的模拟I2C接口，接多个传感器。理论上GPIO越多，同时支持模拟I2C的个数就越多。

本文通过温湿度传感器AM2320来测试模拟的I2C接口，可以根据需要随意选取普通GPIO连接AM2320的SCL和SDA引脚。只是需要注意所选引脚是否接有其它元器件。

用温湿度传感器AM2320测试模拟I2C接口

实物图

温湿度传感器AM2320占用的引脚

VDD ------------------ 3.3V

GND ------------------ GND

SCL ------------------ GPIO57

SDA ------------------ GPIO56

这里是用GPIO模拟的I2C，理论上所有GPIO都可以用作SCL和SDA。另外AM2320的芯片手册中推荐SCL和SDA接上拉电阻，实测不接也是可以的。

代码清单

main.c

#include "../lib/public.h"
#include "../lib/gpio.h"
#include "../lib/delay.h"
#include "../example/test_gpio.h"
#include "../example/test_pwm.h"
#include "../example/test_delay.h"
#include "../example/test_simulate_i2c.h"

// pmon提供的打印接口
struct callvectors *callvec;

int main(int argc, char **argv, char **env, struct callvectors *cv)
{
callvec = cv;

// -------------------------测试gpio----------------------
/*
* 测试库中gpio作为输出时的相关接口
* led闪烁10次
*/
//    test_gpio_output();

/*
* 测试库中gpio作为输入时的相关接口
* 按键按下时，指示灯点亮，否则，熄灭
*/
//    test_gpio_input();

// ------------------------测试PWM--------------------------------
// 测试硬件pwm产生连续的pwm波形
//    test_pwm_normal();

// 测试硬件pwm产生pwm脉冲
//    test_pwm_pulse();

/*
* 测试gpio04复用为pwm,gpio06作为普通gpio使用
* PWM0的默认引脚位GPIO06，但也可以复用为GPIO04
* 当gpio06还是保持默认为pwm时，复用gpio04为pwm0，那么会同时在两个引脚输出相同的pwm波形
* 本函数旨在证明可以在gpio04复用为pwm0时，还可以将(默认作为pwm0的)gpio06作为普通gpio使用
*/
//    test_pwm_gpio04_gpio06();

// 测试pwm最大周期
//    test_pwm_max_period();

// ------------------------测试软件延时--------------------------------
// 测试延时函数delay_1ms()
//    test_delay_1ms();

// 测试延时函数delay_1us()
//    test_delay_1us();

// 测试延时函数delay_1s()
//    test_delay_1s();

// ------------------------测试模拟I2C------------------------------
test_simulate_i2c_am2320();

return(0);
}

test_simulate_i2c.c

// 测试模拟i2c

#include "../lib/public.h"
#include "../lib/delay.h"
#include "../lib/simulate_i2c.h"

// 接收缓存大小
#define RECV_BUFF_SIZE                (8)
// 读取的消息中每字节的含义
enum
{
AM2320_RSP_FUNC_ID = 0,             // 功能码
AM2320_RSP_LEN,                     // 数据长度
AM2320_RSP_HUMI_HIGH,               // 湿度高位
AM2320_RSP_HUMI_LOW,                // 湿度低位
AM2320_RSP_TEMP_HIGH,               // 温度高位
AM2320_RSP_TEMP_LOW,                // 温度低位
AM2320_RSP_CRC_LOW,                 // CRC低位
AM2320_RSP_CRC_HIGH,                // CRC高位
};

// 温湿度传感器AM2320的引脚接线信息
simulate_i2c_t am2320_info = { 57, 56, 10 };        // SCL=gpio57, SDA=gpio56, delay_time=10us

// 温湿度传感器AM2320初始化
void am2320_init(void)
{
// 模拟i2c初始化
simulate_i2c_init(&am2320_info);

return ;
}

/*
* 计算crc
* @ptr 待计算crc的数据的首地址
* @len 数据长度
*/
unsigned short am2320_crc16(unsigned char *ptr, unsigned char len)
{
unsigned short crc = 0xFFFF;
unsigned char i;

while (len--)
{
crc ^= *ptr++;
for (i=0; i<8; i++)
{
if (crc & 0x01)
{
crc >>= 1;
crc ^= 0xA001;
}
else
{
crc >>= 1;
}
}
}

return crc;
}

// 从AM2320读取温湿度信息
void am2320_get_temp_humi(void)
{
const unsigned char addr = 0xB8;
unsigned char recv_buff[RECV_BUFF_SIZE] = {0};
unsigned short recved_crc, calced_crc;
int temp, humi;
int i;

// 唤醒AM2320
simulate_i2c_start(&am2320_info);
simulate_i2c_write_byte(&am2320_info, addr);
simulate_i2c_read_ack(&am2320_info);
delay_ms(1);
simulate_i2c_stop(&am2320_info);

// 发送读指令
simulate_i2c_start(&am2320_info);
simulate_i2c_write_byte(&am2320_info, addr);
simulate_i2c_read_ack(&am2320_info);
simulate_i2c_write_byte(&am2320_info, 0x03);
simulate_i2c_read_ack(&am2320_info);
simulate_i2c_write_byte(&am2320_info, 0x00);
simulate_i2c_read_ack(&am2320_info);
simulate_i2c_write_byte(&am2320_info, 0x04);
simulate_i2c_read_ack(&am2320_info);
simulate_i2c_stop(&am2320_info);

// 读回数据
delay_ms(2);
simulate_i2c_start(&am2320_info);
simulate_i2c_write_byte(&am2320_info, addr | 0x01);
simulate_i2c_read_ack(&am2320_info);
delay_us(50);
for (i=0; i<RECV_BUFF_SIZE; i++)
{
recv_buff[i] = simulate_i2c_read_byte(&am2320_info);
simulate_i2c_send_ack(&am2320_info);
}
simulate_i2c_stop(&am2320_info);

recved_crc = (recv_buff[AM2320_RSP_CRC_HIGH] << 8) + recv_buff[AM2320_RSP_CRC_LOW];
calced_crc = am2320_crc16(recv_buff, 6);
if (recved_crc != calced_crc)
{
myprintf("[%s] crc error! recved_crc=0x%x, calced_crc=0x%x\n", __FUNCTION__, recved_crc, calced_crc);
myprintf("[%s] recved data: func_id=%d, len=%d, humi[1]=0x%x, humi[0]=0x%x, temp[1]=0x%x, temp[0]=0x%x, crc[0]=0x%x, crc[1]=0x%x\n",
__FUNCTION__,
recv_buff[AM2320_RSP_FUNC_ID],
recv_buff[AM2320_RSP_LEN],
recv_buff[AM2320_RSP_HUMI_HIGH],
recv_buff[AM2320_RSP_HUMI_LOW],
recv_buff[AM2320_RSP_TEMP_HIGH],
recv_buff[AM2320_RSP_TEMP_LOW],
recv_buff[AM2320_RSP_CRC_LOW],
recv_buff[AM2320_RSP_CRC_HIGH]);
return ;
}

humi = (recv_buff[AM2320_RSP_HUMI_HIGH] * 0xff + recv_buff[AM2320_RSP_HUMI_LOW]) / 10;
temp = (recv_buff[AM2320_RSP_TEMP_HIGH] * 0xff + recv_buff[AM2320_RSP_TEMP_LOW]) / 10;
myprintf("[%s] humi=%d, temp=%d\n", __FUNCTION__, humi, temp);

return ;
}

// 用模拟i2c接口与温湿度传感器AM2320通信，读取温湿度信息
void test_simulate_i2c_am2320(void)
{
// 温湿度传感器AM2320初始化
am2320_init();

while (1)
{
// 从AM2320读取温湿度信息
am2320_get_temp_humi();

// 等待3s
delay_s(3);
}
}

test_simulate_i2c.h

// 测试模拟i2c

#ifndef __OPENLOONGSON_TEST_SIMULATE_I2C_H
#define __OPENLOONGSON_TEST_SIMULATE_I2C_H

// 用模拟i2c接口与温湿度传感器AM2320通信，读取温湿度信息
void test_simulate_i2c_am2320(void);

#endif

代码很简单，调用函数test_simulate_i2c_am2320()读取一次温湿度信息，间隔3s读一次。读取一次温湿度信息需要先唤醒AM2320，然后发送读指令，最后才读温湿度数据。

测试效果

这是获取一次温湿度信息的时序图。首先是唤醒AM2320，延时，再发送读温湿度的命令，延时，最后才是读取温湿度值。把波形放大后，如下



唤醒AM2320的时序，开始信号后，发送地址0xB8，然后延时1ms，再发结束信号



读命令的时序。开始信号，发地址0xB8，发发功能码0x3，发起始地址0x0，发寄存器长度0x4，结束信号





把读取温湿度信息的时序分为两个图，这样看得更清楚一些。

时序为：开始信号，发送地址，延时50us后，读取8字节的数据（其中包括温度，湿度和CRC），最后发送结束信号。

最后来看下串口打印信息

封装模拟I2C接口

接口要点

模拟I2C其实不难，就是根据I2C协议的时序，将普通GPIO拉低拉高，然后延时，再拉低拉高，再延时，再拉低拉高……

程序写好后，上电运行，对照芯片手册的时序图，接上示波器一看就知道对不对，哪里延时时间长了，哪里又短了，找着芯片手册中的时序图修改，直到满意为止。

只是在使用这些接口时，要仔细看芯片手册，改读I2C时，不要写I2C。假设发送地址后，需要连续读n个数据，如果在发生地址后，多写了一个数据后，再读I2C时，可能读到的是全0xff，并且没有ack。那是因为通信的对方已经放弃本次I2C通信，I2C变成空闲状态（SCL=1，SDA=1），所以读到的是0xff，并且没有ack。

代码清单

simulate_i2c.c

// 模拟i2c的源文件

#include "public.h"
#include "gpio.h"
#include "delay.h"
#include "simulate_i2c.h"

/*
* 配置SCL所在gpio引脚为输出模式
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_config_scl_out(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_init(i2c_info->scl_gpio, gpio_mode_output);
return ;
}

/*
* 配置SDA所在gpio引脚为输出模式
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_config_sda_out(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_init(i2c_info->sda_gpio, gpio_mode_output);
return ;
}

/*
* 配置SDA所在gpio引脚为输入模式
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_config_sda_in(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_init(i2c_info->sda_gpio, gpio_mode_input);
return ;
}

/*
* SCL引脚输出高电平
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_scl_out_high(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_set(i2c_info->scl_gpio, gpio_level_high);
return ;
}

/*
* SCL引脚输出低电平
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_scl_out_low(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_set(i2c_info->scl_gpio, gpio_level_low);
return ;
}

/*
* SDA引脚输出高电平
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_sda_out_high(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_set(i2c_info->sda_gpio, gpio_level_high);
return ;
}

/*
* SDA引脚输出低电平
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_sda_out_low(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
gpio_set(i2c_info->sda_gpio, gpio_level_low);
return ;
}

/*
* 读取SDA引脚
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret SDA引脚的电平值
*/
unsigned int simulate_i2c_sda_in(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
return gpio_get(i2c_info->sda_gpio);
}

/*
* 模拟i2c初始化
* @i2c_info i2c的接口信息
*/
void simulate_i2c_init(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
// SCL输出高电平
simulate_i2c_config_scl_out(i2c_info);
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);

return ;
}

/*
* 模拟I2C的开始
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_start(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
// SDA输出模式
simulate_i2c_config_sda_out(i2c_info);

// 这里可能需要一个stop
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_sda_out_high(i2c_info);
delay_us(2 * i2c_info->delay_time);

// start
simulate_i2c_sda_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

return ;
}

/*
* 模拟I2C的停止
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_stop(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
// SDA输出模式
simulate_i2c_config_sda_out(i2c_info);

// 先把SCL和SDA拉低
simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_sda_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

// stop
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_sda_out_high(i2c_info);
delay_us(2 * i2c_info->delay_time);

return ;
}

/*
* 给从设备发送一个ack应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_send_ack(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
// SDA输出模式
simulate_i2c_config_sda_out(i2c_info);

// SDA=0
simulate_i2c_sda_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

// SCL发送一个脉冲
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

return ;
}

/*
* 给从设备发送一个no ack非应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_send_no_ack(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
// SDA输出模式
simulate_i2c_config_sda_out(i2c_info);

// SDA=1
simulate_i2c_sda_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

// SCL发送一个脉冲
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

return ;
}

/*
* 读取从设备的ack应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret 读取到的信号。0表示应答，1表示非应答
*/
unsigned int simulate_i2c_read_ack(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
unsigned int ack = 1;

// SDA输入模式，释放SDA
simulate_i2c_config_sda_in(i2c_info);

delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
ack = simulate_i2c_sda_in(i2c_info);
simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

return ack;
}

/*
* 主设备从从设备那里读取一个8bit数据
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret 读取的数据
*/
unsigned char simulate_i2c_read_byte(simulate_i2c_t *i2c_info)
{
int i;
unsigned char data = 0;

// SDA输入模式
simulate_i2c_config_sda_in(i2c_info);

for (i=0; i<8; i++)
{
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);

// 读取一个bit
data <<= 1;
if (gpio_level_high == simulate_i2c_sda_in(i2c_info))
data |= 0x01;

simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);
}

return data;
}

/*
* 主设备写8bit数据到从设备
* @i2c_info i2c接口信息
* @data 待写数据
*/
void simulate_i2c_write_byte(simulate_i2c_t *i2c_info, unsigned char data)
{
int i;

// SDA输出模式
simulate_i2c_config_sda_out(i2c_info);

for (i=0; i<8; i++)
{
delay_us(i2c_info->delay_time);

// 写一个bit
if (data & 0x80)
simulate_i2c_sda_out_high(i2c_info);
else
simulate_i2c_sda_out_low(i2c_info);

delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_high(i2c_info);
delay_us(i2c_info->delay_time);
simulate_i2c_scl_out_low(i2c_info);

data <<= 1;
}

delay_us(i2c_info->delay_time);

return ;
}

simulate_i2c.h

// 模拟i2c的头文件

#ifndef __OPENLOONGSON_SIMULATE_H
#define __OPENLOONGSON_SIMULATE_H

// 模拟i2c的接口信息
typedef struct
{
unsigned int scl_gpio;          // SCL所在gpio引脚
unsigned int sda_gpio;          // SDA所在gpio引脚
int delay_time;                 // 周期的1/2，单位us
}simulate_i2c_t;

/*
* 模拟i2c初始化
* @i2c_info i2c的接口信息
*/
void simulate_i2c_init(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 模拟I2C的开始
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_start(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 模拟I2C的停止
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_stop(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 给从设备发送一个ack应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_send_ack(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 给从设备发送一个no ack非应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
*/
void simulate_i2c_send_no_ack(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 读取从设备的ack应答信号
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret 读取到的信号。0表示应答，1表示非应答
*/
unsigned int simulate_i2c_read_ack(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 主设备从从设备那里读取一个8bit数据
* @i2c_info i2c接口信息
* @ret 读取的数据
*/
unsigned char simulate_i2c_read_byte(simulate_i2c_t *i2c_info);

/*
* 主设备写8bit数据到从设备
* @i2c_info i2c接口信息
* @data 待写数据
*/
void simulate_i2c_write_byte(simulate_i2c_t *i2c_info, unsigned char data);

#endif

完整的代码请到git查看，谢谢欣赏。