模拟IIC

本文介绍了IIC通信协议及其可能出现的死锁现象,分析了死锁产生的原因,并提供了模拟IIC通信的代码示例,包括初始化、数据读写等关键函数。通过示例代码,读者可以理解如何在软件层面避免IIC通信中的死锁问题。

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IIC相对而言硬件设计较为简单,两线总线可以直接挂载很多芯片,但通信受干扰,容易进入“死锁”状态,需要软件处理。SPI相对而言需要的硬线更多,但不存在出现“死锁”的问题,另外通信速率也更高。

死锁: 是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。

那么为什么会产生死锁呢?
1.因为系统资源不足。
2.进程运行推进的顺序不合适。    
3.资源分配不当。

产生死锁的四个必要条件:

互斥条件(Mutual exclusion):资源不能被共享,只能由一个进程使用。
请求与保持条件(Hold and wait):已经得到资源的进程可以再次申请新的资源。
非剥夺条件(No pre-emption):已经分配的资源不能从相应的进程中被强制地剥夺。
循环等待条件(Circular wait):系统中若干进程组成环路,该环路中每个进程都在等待相邻进程正占用的资源。


#ifndef __USER_IIC_
#define __USER_IIC_

#include "pca10040.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "nrf_delay.h"

//ERROR
#define ERROR_CODE_TRUE 0
#define ERROR_CODE_FALSE 1
#define ERROR_CODE_WRITE_ADDR 10
#define ERROR_CODE_WRITE_DATA        20
#define ERROR_CODE_READ_ADDR        30
#define ERROR_CODE_READ_DATA        40
#define ERROR_CODE_START_BIT        50
#define ERROR_CODE_APROCESS 60
#define ERROR_CODE_DENY 70

#define I2C_DELAY nrf_delay_us(13) // 5uS delay setting
#define I2C_DELAY_LONG nrf_delay_us(130)  // 10uS delay setting

#define SCL1 6
#define SDA1 7
//设置IO方向
#define SDA_OUT1()  nrf_gpio_cfg_output(SDA1)
#def

<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何模拟I2C通信协议。首先,用户提到了使用软件模拟和可能的工具,我需要结合提供的引用内容来构建回答。 首先,根据引用1,软件模拟I2C需要利用GPIO引脚来模拟物理层行为,所以应该先确定硬件连接。用户可能需要知道如何选择GPIO引脚作为SCL和SDA,并配置为开漏输出模式,这有助于电平的拉低和释放。然后,引用3提到需要软件库,可能涉及到51单片机使用C语言和相应的库,这部分需要指导用户如何编写基本的信号函数,比如起始、停止、发送和接收。 接下来,协议时序的实现是关键。引用4中的时序图和协议细节需要被考虑,用户需要按照I2C的时序要求来生成信号。比如起始条件是在SCL高电平时SDA拉低,停止条件相反。每个数据位的传输需要在SCL低电平时改变SDA,高电平时保持稳定。这部分需要详细说明,并提醒用户注意时序的延迟,以满足I2C的速率要求。 然后,关于工具和库的选择,引用3提到使用官方或第三方开发环境及I2C软件库,比如AVR的Arduino平台有Wire库,STM32可能有HAL库。对于没有硬件支持的情况,用户可能需要自行编写这些函数,或者查找现有的开源实现。 另外,引用2提到外部硬件电路模拟,比如扩展器或桥接器,但用户的问题主要集中在软件模拟,这部分可以作为补充说明,但可能不是用户当前的重点。 还需要考虑错误处理和调试,比如使用逻辑分析仪或示波器检查信号是否符合时序,引用4中的协议细节部分可能涉及这些调试步骤。此外,用户可能需要了解ACK/NACK机制的处理,以及在代码中如何实现这些响应。 最后,生成相关问题时要围绕用户可能进一步的问题,比如优化方法、特定单片机的实现、调试工具选择以及常见问题处理等,这样可以帮助用户深入学习和解决问题。 总结下来,回答的结构应该是先介绍软件模拟的基本步骤,包括硬件连接、GPIO配置、信号函数实现,然后协议时序的细节,接着是工具和库的推荐,最后是调试方法和相关问题的生成。需要确保引用正确,比如引用1和3关于软件模拟和库的使用,引用4关于协议细节。</think>### 如何模拟I2C通信协议 #### 一、实现方法 1. **硬件连接** - 选择两个通用GPIO引脚分别作为I2C的时钟线(SCL)和数据线(SDA)。 - 建议配置为开漏输出模式,并外接上拉电阻(通常4.7kΩ),以确保总线空闲时为高电平[^1][^4]。 2. **基础信号模拟** - **起始条件(START)**:SCL高电平时,SDA从高电平切换到低电平。 - **停止条件(STOP)**:SCL高电平时,SDA从低电平切换到高电平。 - **数据位传输**:SCL低电平时设置SDA电平,SCL高电平时保持稳定。 - **应答信号(ACK/NACK)**:接收方在第9个时钟周期拉低SDA(ACK)或保持高电平(NACK)。 3. **协议时序实现** - 严格按照I2C时序要求控制SCL和SDA的切换延迟。例如: - 标准模式(100kHz)下,每个时钟周期需保持至少4.7μs的低电平和高电平。 - 数据按字节传输,高位在前,低位在后,每字节后紧跟ACK/NACK。 4. **代码示例(基于51单片机)** ```c // 定义GPIO引脚 sbit SDA = P1^0; sbit SCL = P1^1; // 起始信号 void I2C_Start() { SDA = 1; SCL = 1; delay_us(5); SDA = 0; delay_us(5); SCL = 0; } // 发送一个字节 void I2C_WriteByte(unsigned char dat) { for (int i=0; i<8; i++) { SDA = (dat & 0x80) ? 1 : 0; dat <<= 1; SCL = 1; delay_us(5); SCL = 0; delay_us(5); } // 等待ACK SDA = 1; SCL = 1; delay_us(2); SCL = 0; } ``` #### 二、工具与库 1. **开发工具** - 单片机:Keil、SDCC(针对51单片机)或Arduino IDE(支持AVR/STM32)[^3]。 - 调试工具:逻辑分析仪(如Saleae)或示波器,用于验证时序。 2. **常用软件库** - Arduino的`Wire`库(硬件/软件I2C兼容)。 - STM32的HAL库(提供`HAL_I2C`接口)。 - 自定义模拟库(需实现上述基础信号函数)。 #### 三、调试注意事项 1. **电平稳定性**:确保上拉电阻阻值合适,避免总线电平无法拉高。 2. **时序校准**:通过示波器测量SCL/SDA的上升/下降时间,调整延时函数。 3. **冲突处理**:检测总线忙状态(SDA被意外拉低)时,需重新初始化。
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