用F340 GPIO做I2C

　　在和Qinheng开发小尺寸点灯治具中，F340和FPGA采用I2C通信，其中F340作为I2C的主机，I2C端口用自己的GPIO编写，总结遇到的问题及注意事项：

1.  F340端口及上拉电阻设置：

　　要配成SCL/SDA的端口必须设置成opendrain结构，本例中设置如下：

sbitSCL = P0^;
sbit SDA = P0^;               

void PORT_Init(void)
{
       P0MDOUT = 0x00;     // P0 is open-drain
       XBR1= 0x40;         // Enable crossbarand weak pull-ups
}

上拉电阻搭配XILINXSPARTAN3E的FPGA，经尝试发现用750ohm阻值的电阻，波形较好。1K及2.2K的均可以通信。

2.   I2C时序控制：

　　I2C读写的时序一定要准照协议，否则会出现SCL、SDA线电平被拉、互相干扰等异常。本次开发中遇到问题的有下述几点。

　　2.1 写时序时注意事项

　　写操作时，结束标志由主机发起，发起的位置要注意，是在读完最后一个ack响应后的一个clk上升沿之后，不是在读完ack后直接产生。从clk的个数上来看，从最后一个byte来数，是在第10个clk上升沿之后。写操作正常时序如下图：

注意结束标志起来的位置，结束标志的产生需特别注意，参考代码。

　　写操作的代码如下：

                   /*I2C字节写 */
void i2c_write_byte(unsigned char b)
{
         ;
         ; i>=; i--)
         {
                   set_scl();
                   set_sda(b&(<<i));  //从高位到低位依次准备数据进行发送
                   set_scl();
                   set_scl();

                   set_scl();
                   set_scl();
                   set_scl();
         }
         i2c_read_ack();                  //检查目标设备的ACK信号
}

/*   I2C读取ACK信号(写数据时使用)  */
unsigned char i2c_read_ack()
{
         unsigned char ack;

         set_sda();                // 主机释放SDA线，为读响应位做准备

         set_scl();
         set_scl();
         ack = SDA;                // 接收从机的ACK信号
         set_scl();
         set_scl();                  // 上升沿读取ACK信号
         set_scl();

         set_scl();                  // 读取完毕

     return ack;
}

/* I2C终止条件 */
void i2c_stop()
{
         // 结束标志前SCL、SDA状态清零
         set_scl();
         set_sda();                // 在SCL低电平处将SDA拉低
         set_scl();

         // 产生结束标志
         set_scl();                  // 拉高SCL
         set_scl();
         set_scl();

         set_sda();                // 拉高SDA

         TimerDelay_us();
}

/*
I2C写操作
pSlave_addr：I2C slave设备地址
pChip_addr: 目标设备地址
buf：写缓冲区
len：写入字节的长度
自己应用中，协议里的chipaddr和ifsel等参数可向该函数中添加参数
 */
void i2c_write (U8 pSlave_addr, U8 pChip_addr, U8* buf, intlen)
{
         int i;
        unsigned char t;
        i2c_start();                        //起始条件，开始数据通信

        // 发送slave地址和register地址，写方向
         t = (pSlave_addr<< ) | ;                    //低位为0，表示写数据
         i2c_write_byte(t);

         // 发送chipaddress
         t = pChip_addr;
         i2c_write_byte(t);

        // 写入数据
         ; i<len;i++)
                 i2c_write_byte(buf[i]);

         i2c_stop();                     //终止条件，结束数据通信

}

　　另外就是注意主机写数据与读ack的操作，对sda线的控制问题：

　　主机8bit数据写完后与读ack的衔接，写数据时是主机控制sda线，读ack时要将sda线的控制权交出，作为opendrain接口，交出控制权的方法就是将该端口置1。所以读ack操作时第一步是将sda置1。观察波形可以看到如果和从机正常通信，从机响应ack(sda 置0)交出sda控制权后，sda线仍会被拉高，如下图红框中所示。

　　open drain结构的特点就是：默认情况下，端口始终是高电平，但要控制总线时，可对其进行拉低操作。如要交出控制权，只需将自己的端口置1即可。

　　2.2 读时序注意事项：

　　在本例开发中读操作时序犯了三个错误：restart信号的格式；读操作结束时最后一个byte读取完毕后，要发送nack，之前读完每个byte后发送的是ack；每读完一个byte后发送ack后，要交出sda控制权，即要将自己端口的sda置1。

　　读操作的正确时序如下图所示：

读操作的代码如下：

/*
I2C读操作
pSlave_addr：I2C slave设备地址
pChip_addr: 目标设备地址
pReg_addr_msb: 要读取寄存器地址高字节
pReg_addr_lsb：要读取寄存器地址低字节
buf：读缓冲区
len：读入字节的长度
 */
void i2c_read(U8 pSlave_addr, U8 pChip_addr, U8 pReg_addr_msb, U8pReg_addr_lsb, U8* buf, int len)
 {
        int i;
         unsigned char t;
         i2c_start();                        //起始条件，开始数据通信

        //发送slave地址和register地址,写方向
         t = (pSlave_addr<< ) | ;                    //低位为0，表示读数据
         i2c_write_byte(t);

         // 发送chipaddress
         i2c_write_byte(pChip_addr);

         // 发送registeraddress
         i2c_write_byte(pReg_addr_msb);
         i2c_write_byte(pReg_addr_lsb);

         TimerDelay_us(I2C_READ_WAIT_FPGA);                        // 等待FPGA读取

         // set restart
         i2c_restart();

         //发送slave地址,读方向
         t = (pSlave_addr<< ) | ;                    //低位为1，表示读数据
         i2c_write_byte(t);

          //读入数据
         ; i<len;i++)
         {
                   ))
                           buf[i] =i2c_read_byte();                    // 读取一个byte后发送ack
                   else
                            buf[i] = i2c_read_lastbyte();           // 读取完最后一个byte发送nack
         }
        i2c_stop();                    //终止条件，结束数据通信
 }

/* I2C字节读 */
unsigned char i2c_read_byte()
{
         ;
         unsigned ;
         ; i<; i++)
         {
                   set_scl();
                   set_scl();

                   rbyte =(rbyte<<)|SDA;            //从高位到低位依次准备数据进行读取
                   set_scl();
                   set_scl();

                   set_scl();
         }
         i2c_send_ack();                   //向目标设备发送ACK信号

         return rbyte;
}

/* I2C 读最后一字节 */
unsigned char i2c_read_lastbyte()
{
         ;
         unsigned ;
         ; i<; i++)
         {
                   set_scl();
                   set_scl();

                   rbyte =(rbyte<<)|SDA;            //从高位到低位依次准备数据进行读取
                   set_scl();
                   set_scl();

                   set_scl();
         }
         i2c_send_nack();                 //向目标设备发送NACK信号

         return rbyte;
}

/* I2C发出ACK信号(读数据时使用) */
void i2c_send_ack()
{
         set_sda();                // 主机发送ack，并控制sda线

         set_scl();
         set_scl();                  // 给从机提供上升沿读取ack
         set_scl();
         set_scl();

         set_sda();                //主机释放sda线，为读下一byte数据做准备
}

/* I2C发出NACK信号(读数据时使用) */
void i2c_send_nack()
{
         set_sda();                // 主机发送nack，并控制sda线

         set_scl();
         set_scl();                  // 给从机提供上升沿读取ack
         set_scl();
         set_scl();
}

/* I2C restart */
void i2c_restart(void)
{
         set_scl();
         set_scl();

         set_sda();
}

注意点：

Restart信号和之前I2C写操作的衔接。在上一步写操作完成后，会读取从机的ack响应，读取完毕后，sda线会被拉高，此时按程序所示产生restart信号。

I2C读操作过程中，多个字节读取时，前面的字节读取完毕发送ack信号，最后一个字节读取完毕一定要发送nack信号。

多字节读取过程中，每个字节读取完毕发送ack信号（sda由主机置低）之后，务必要有交出sda线控制权的操作，即将主机的sda端口置高，如i2c_send_ack()函数中的set_sda(1)。不然会产生竞争，从机发出的数据高电平会出现被拉低的现象，如下图所示。

不加set_sda(1)：

加set_sda(1)：