gpio模拟I2C，驱动pcf8574T

一、pcf8574T介绍

查看pcf8574T的数据手册，

A表示读或写，当A为1的时候表示读，当A为0的时候表示写。现把地址控制线，即A2、A1、A0全部接地，可以得到读控制指令为0x41，写控制指令为0x40。

二、I2C介绍

参考：

http://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/6882221

1、起始和停止时序

2、数据位的传输

也就是在SCL的下降沿将数据位传出。

3、主控制器为写的时候，接收应答

当传输完数据的第8位，第9位要发送一个接收应答信号，将SDA拉高，设为输入模式，在SCL为低电平之前将总线上的数据读取过来，如果为1表示从设备接收数据失败，如果为0表示从设备接收数据成功，可以继续发送下一个字节。

代码片段：

// 接收应答信号

static int i2c_recv_ack(void)

{

    int tmp;

    //SDA=1;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //F0=SDA;

    gpio_direction_input(sda_pin);

    tmp = gpio_get_value(sda_pin);

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //if(F0==1) return 1;

    if (tmp == ) return ;

    return ;

}

4、主控制器为读的时候，发送应答

第9位发送0，表示接收成功，发送1表示接收失败。如果到最后一个字节后，发送一个NACK信号（1），以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

代码片段：

// 发送应答信号

static void i2c_send_ack()

{

    //SDA=0;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SDA=0;

    gpio_set_value(sda_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

static void i2c_send_noack()

{

    //SDA=1;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SDA=1;

    gpio_set_value(sda_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

5、写过程完整数据传输

代码片段:

// 控制PCF8574引脚电平

static int pcf8574_write(u8 val)

{

      int acktmp = ;

      i2c_start();

      i2c_write_byte(0x40);//写控制指令 0x20<<1 R/W

      acktmp = i2c_recv_ack();

      if (acktmp == ) {

        PRK("i2c_recv_ack fail\n");

        //return -1;

    }

      i2c_write_byte(val);

      acktmp = i2c_recv_ack();

      if (acktmp == ) {

        PRK("i2c_recv_ack fail\n");

        //return -1;

    }

      i2c_stop();

      if (acktmp == ) return -;

      return ;

}

6、读过程完整数据传输

代码片段:

// 读出PCF8574引脚电平

static u8 pcf8574_read()

{

    int acktemp = ;

    u8 rddata = ;

    i2c_start();

    i2c_write_byte(0x41);//读控制指令

    i2c_send_ack();

    rddata = i2c_read_byte();

    i2c_send_noack();

    i2c_stop();

    return rddata;

}

三、示例代码：

1、驱动

/*

 * Copyright (c) 2015 tingpan

 * Copyright 2012-2015 Senscom.cn

 *    tingpan <smbx-ztbz@cnblog.com>

 *

 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify

 * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as

 * published by the Free Software Foundation.

 *

 */

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/miscdevice.h>  //混杂设备

#include <linux/fs.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/delay.h>  //mdelay

#include <linux/device.h>

#include <linux/gpio.h>

#include <linux/spi/spi.h>

#include <linux/spi/spi_gpio.h>

#include <linux/kfifo.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/irq.h>

#include <linux/types.h>  //u8

#include <linux/ioctl.h>

#define PCF8574_DEBUG    1

#if (PCF8574_DEBUG == 1)

#define PRK(...) printk(__VA_ARGS__)

#else

#define PRK(...)

#endif

#define DRV_NAME    "pcf8574"

#define DRV_DESC    "use i2c to extend i/o"

#define DRV_VERSION    "0.1.0"

//#define PCF8574_NODE_NAME DRV_NAME

#define scl_pin 17

#define sda_pin 14

static struct mutex pcf8574_lock;

static DEFINE_MUTEX(pcf8574_lock);

//pcf8574

// 发送I2C启动位

static void i2c_start(void)

{

    //sda_pin=1;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //scl_pin=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SDA=0;

    gpio_set_value(sda_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

// 发送I2C停止位

static void i2c_stop(void)

{

    //SDA=0;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SDA=1;

    gpio_set_value(sda_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

// 发送BIT0

static void i2c_send_bit_0(void)

{

    //SDA=0;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

// 发送BIT1

static void i2c_send_bit_1(void)

{

    //SDA=1;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

// 接收应答信号

static int i2c_recv_ack(void)

{

    int tmp;

    //SDA=1;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //F0=SDA;

    gpio_direction_input(sda_pin);

    tmp = gpio_get_value(sda_pin);

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //if(F0==1) return 1;

    if (tmp == ) return ;

    return ;

}

// 发送应答信号

static void i2c_send_ack()

{

    //SDA=0;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SDA=0;

    gpio_set_value(sda_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

static void i2c_send_noack()

{

    //SDA=1;

    gpio_direction_output(sda_pin, );

    //SCL=1;

    gpio_direction_output(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SDA=1;

    gpio_set_value(sda_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

    //SCL=0;

    gpio_set_value(scl_pin, );

    //delay_us(5);

    udelay();

}

// 写一个字节

static void i2c_write_byte(u8 data)

{

    u8 i;

    for (i=; i<; i++) {

        if ((data<<i) & 0x80)

                i2c_send_bit_1();

            else

                i2c_send_bit_0();

    }

}

// 接收一个字节

static u8 i2c_read_byte(void)

{

    u8 data = ;

    u8 i;

    int tmp;

    for (i=; i<; i++) {

        //SDA=1;

        gpio_direction_output(sda_pin, );

        //SCL=1;

        gpio_direction_output(scl_pin, );

        //delay_us(5);

        udelay();

        //F0=SDA;

        gpio_direction_input(sda_pin);

        tmp = gpio_get_value(sda_pin);

        //delay_us(5);

        udelay();

        //SCL=0;

        gpio_set_value(scl_pin, );

        if (tmp == ) {

            data = data<<;

            data = data | 0x01;

        } else

            data = data<<;

    }

    return data;

}

// 控制PCF8574引脚电平

static int pcf8574_write(u8 val)

{

      int acktmp = ;

      i2c_start();

      i2c_write_byte(0x40);//写控制指令 0x20<<1 R/W

      acktmp = i2c_recv_ack();

      if (acktmp == ) {

        PRK("i2c_recv_ack fail\n");

        //return -1;

    }

      i2c_write_byte(val);

      acktmp = i2c_recv_ack();

      if (acktmp == ) {

        PRK("i2c_recv_ack fail\n");

        //return -1;

    }

      i2c_stop();

      if (acktmp == ) return -;

      return ;

}

// 读出PCF8574引脚电平

static u8 pcf8574_read()

{

    int acktemp = ;

    u8 rddata = ;

    i2c_start();

    i2c_write_byte(0x41);//读控制指令

    i2c_send_ack();

    rddata = i2c_read_byte();

    i2c_send_noack();

    i2c_stop();

    return rddata;

}

static ssize_t op_pcf8574_read(struct file *file, char __user * dat,

                                    size_t len, loff_t *loff)

{

    int err = ;

    u8 result;

    err = !access_ok(VERIFY_WRITE, (void __user *)dat, _IOC_SIZE(len));//用到len，分配指定大小空间

    if (err) {

        PRK(KERN_INFO " access not allowed!\n");

        return -EFAULT;

    }

    result = pcf8574_read();

    __copy_to_user(dat, &result, );

    return ;

}

static ssize_t op_pcf8574_write(struct file *file, char __user * dat,

                                    size_t len, loff_t *loff)

{

    u8 wrdata = ;

    if(!copy_from_user(&wrdata, dat, len))

    {

        if (!pcf8574_write(wrdata)) {

            PRK("op_sensorid_write %d success!\n",wrdata);

            return ;

        } else {

            PRK("op_sensorid_write %d fail!\n",wrdata);

            return -;

        }

    }

    else

         return -;

}

static int op_pcf8574_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

    int err;

    err = gpio_request(scl_pin, "scl_pin");//管脚申请

    if (err) {

        PRK("[%d]gpio_request scl_pin failed.\n", __LINE__);

        return -;

    }

    gpio_direction_output(scl_pin, );//该管脚设为输出，且输出为高电平

    err = gpio_request(sda_pin, "sda_pin");//管脚申请

    if (err) {

        PRK("[%d]gpio_request sda_pin failed.\n", __LINE__);

        return -;

    }

    gpio_direction_output(sda_pin, );//该管脚设为输出，且输出为高电平

    PRK(KERN_INFO " op_pcf8574_open\n");

    return ;

}

static int op_pcf8574_release(struct inode *inode, struct file *file)

{

    gpio_free(sda_pin);//释放IO口

    gpio_free(scl_pin);//释放IO口

    PRK(KERN_INFO " op_pcf8574_release\n");

    return ;

}

static const struct file_operations pcf8574_fops =

{

    .owner   = THIS_MODULE,

    .open    = op_pcf8574_open,

    .read    = op_pcf8574_read,

    .write    = op_pcf8574_write,

    .release = op_pcf8574_release,

};

static struct miscdevice pcf8574_miscdev =

{

    //次设备号，驱动注册时，如果次号指定MISC_DYNAMIC_MINOR，则进行动态分配。

    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,

    .name = DRV_NAME,//设备名称，将在/dev文件夹下显示

    .fops = &pcf8574_fops,

};

static int __init pcf8574_init(void)//放后面，因为 misc_register 要包含前面的内容

{

    int ret;

    ret = misc_register(&pcf8574_miscdev);

    if (ret) {

        printk("misc_register error\n");

        return ret;

    }

    printk(KERN_INFO DRV_NAME " ver " DRV_VERSION" init\n");

    return ;

}

module_init(pcf8574_init);

static void __exit pcf8574_exit(void)

{

    int ret;

    ret = misc_deregister(&pcf8574_miscdev);//注销

    if (ret) {

        printk("misc_deregister error\n");

        return ;

    }

    printk(KERN_INFO DRV_NAME " ver " DRV_VERSION" exit\n");

}

module_exit(pcf8574_exit);

MODULE_DESCRIPTION(DRV_DESC);//描述

MODULE_VERSION(DRV_VERSION);//版本

MODULE_AUTHOR("tingpan <smbx-ztbz@cnblogs.com>");//作者

MODULE_LICENSE("GPL v2");//协议

2、应用程序

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

#include <errno.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <signal.h>

#include <sys/time.h>

#include <linux/types.h>

#include <syslog.h>

#include <uci.h>

#include <time.h>

#include <math.h>

#include <sys/select.h>

#include <pthread.h>

#define PCF8574_DTEST 1

#if (PCF8574_DTEST == 1)

#define PRT(...) printf(__VA_ARGS__)

#else

#define PRT(...)

#endif

#define USAGE_MESSAGE \

    "Usage: pcf8574-dtest MODE [data]\n"  \

    "MODE is r or w\n"  \

    "data is the value want to write when MODE is w\n"

int main(int argc, char **argv)

{

    int fd,ret;

    unsigned char data = ;

    //if (argc<2 || (argv[1]=='r')) {

        //PRT(USAGE_MESSAGE);

        //return -1;

    //}

    //memset(data, 0, sizeof(data));

    //PRT("Compile Time %s %s\n", __DATE__, __TIME__);//打印出最后的编译日期

    fd = open("/dev/pcf8574", O_RDWR);              //打开设备文件

    if (fd < ) {

        perror("Open device file err:");

        close(fd);

        return -;

    }  

    if(argc >  && !strcmp(argv[], "w")) {

        data  = atoi(argv[]);

        ret = write(fd, &data, ); //第三个参数没用上，先固定为1

        if (ret) perror("write");

    } else if (argc >  && !strcmp(argv[], "r")) {

        ret = read(fd, &data, );

        if (ret) perror("write");

        PRT("read data is %d\n",data);

    } else {

        PRT(USAGE_MESSAGE);

        return -;

    }

    return ;

}

四、问题

试过用pcf8574读取ds2431的序列号，但初始化就失败了，这是因为这样做就类似于用I2C通讯每控制一个IO空的电平，即约每传输20位就要把单总线通讯的管脚电平拉高或拉低，这样的话就要求I2C的通讯速度要大于单总线通讯的二十多倍（可能更多），才能正常控制ds2431。

参考：

http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/18273653

源码下载：

http://pan.baidu.com/s/1qXyQJ3Q

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