F²MC-8L/16LX/FR FAMILY

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祠磁简
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1 富士通半导体 ( 上海 ) 有限公司应用笔记 MCU-AN Z-11 F²MC-8FX 家族 8 位微型控制器 MB95200 系列使用 GPIO 实现 I 2 C SW 应用笔记

2 修改记录修改记录版本日期作者修改记录 Folix 初稿 Folix 修改格式本手册包含 25 页 1. 本文档记载的产品信息及规格说明如有变动, 恕不预先通知如需最新产品信息和 / 或规格说明, 联系富士通销售代表或富士通授权经销商 2. 基于本文档记载信息或示意图的使用引起的对著作权工业产权或第三方的其他权利的侵害, 富士通不承担任何责任 3. 未经富士通明文批准, 不得对本文档的记载内容进行转让拷贝 4. 本文档所介绍的产品并不旨在以下用途 : 需要极高可靠性的设备, 诸如航空航天装置海底中继器核控制系统或维系生命的医用设施 5. 本文档介绍的部分产品可能是外汇及外贸管理法规定的战略物资 ( 或专门技术 ), 出口该产品或其中部分元件前, 应根据该法获得正式批准版权 2009 富士通半导体 ( 上海 ) 有限公司 MCU-AN Z-11- 第 2 页

3 目录目录修改记录... 2 目录概要 I 2 C 概要背景介绍协议 START 条件和 STOP 条件字节格式应答完整的数据传送 I 2 C 驱动程序外设使用驱动程序代码一般定义 I 2 C 程序典型应用硬件设计代码示例 I 2 C 波形 (E2PROM 读写波形 ) 烧写波形 -->Rom_Write (0xA0,0X11,0X35) 读取波形 -->Rom_Read (0xA1,0X11) 注意事项更多信息 MCU-AN Z-11 - 第 3 页

4 目录 7 附录 MCU-AN Z-11- 第 4 页

5 第 1 章概要 1 概要本文档将介绍如何在 MB95200 系列中使用 GPIO 实现 I 2 C 功能 MCU-AN Z-11 - 第 5 页

6 第 2 章 I2C 概要 2 I 2 C 概要 2.1 背景介绍在消费电子电信和工业电子学中, 不同的设计往往有很多相似性下面的模块几乎存在于每个系统智能控制 : 通常是一个单片微控制器通用电路 : 例如 LCD 驱动远程输入 / 输出端口 RAM E2PROM 或数据转换器应用电路 : 例如无线电和视频系统的数字调谐和信号处理电路, 或者有音频拨号的电话 DTMF 发生器以上列出的这些模块可实现不同芯片的控制和通信为了提高硬件效率和简化电路, 飞利浦开发了一个简单的双向双线总线来实现有效的嵌入式 IC 控制该总线叫做嵌入式 IC 或 I 2 C 总线目前, 飞利浦 IC 包括超过 150 种 CMOS 和双极 I 2 C 总线用于执行上面提到的相应功能所有 I 2 C 总线与内置芯片接口的设备兼容, 支持相互间通过 I 2 C 总线的通信这个概念在设计数字控制电路时解决了许多与接口相关的问题下面是 I 2 C 总线的部分特点 : 仅需二条线路 : 一条串行数据线路 (SDA) 和一条串行钟线路 (SCL) 对于每个连接到总线的设备, 仅需一个独立的地址和一个简单主从关系主设备可用作一个发射机或接收器多主设备模式可以通过总线仲裁和冲突检出实现在 8 位双向串行传送中, 数据传送率在标准模式下可达 100 Kbit/s, 在快速模式下可达 400 Kbit/s, 在高速模式下可达 3.4 Mbit/s 片上总线过滤功能可保持总线上通信数据的完整性可以被连接到相同总线的 IC 数量由最大总线容量 400 pf 决定 MCU-AN Z-11- 第 6 页

7 第 2 章 I2C 概要 2.2 协议 START 条件和 STOP 条件在 I 2 C 通信中, 应分别设置 START(S) 条件和 STOP(P) 条件当 SCL 为 HIGH 时, SDA 从 HIGH 变为 LOW; 这种情况被定义为 START 条件当 SCL 为 HIGH 时, SCL 从 LOW 变为 HIGH; 这种情况被定义为 STOP 条件 START 条件和 STOP 条件由主设备产生产生 START 条件时, 总线状态为繁忙 ; 产生 STOP 条件时, 总线状态为空闲如果 START(Sr) 条件重复产生, 总线则一直处于繁忙状态在上述情况下,START(S) 条件和重复的 START(Sr) 条件的功能被视为一样如果有必要的硬件接口, 使用连接至总线的设备可以很容易检测到 START 条件和 STOP 条件但是, 如果控制器没有这样的接口, 它必须在每个时钟周期内取样至少两次 SDA 线路, 才能识别 START 条件和 STOP 条件图 2-1:START 条件和 STOP 条件 MCU-AN Z-11 - 第 7 页

8 第 2 章 I2C 概要字节格式 SDA 线路每个字节的长度应为 8 位每次可传送的字节数是任意的每个字节都应跟有一个应答位数据传送从最高有效位开始 ( 首先 MSB) 如果从设备不能接收或传送一个完整的字节数据, 例如处理一个内部中断, 应设置 SCL 线路为 LOW, 强迫主设备进入等待状态数据在从设备准备好下一字节数据并且释放 SCL 线路后方可被传送在某些情况下, 用户可以使用与 I 2 C 总线格式不同的一种格式 ( 例如 CBUS 兼容设备 ) 即使在字节传送期间, 以这样的地址开始的消息可以通过产生 STOP 条件终止在这种情况下, 产生一个无应答 MCU-AN Z-11- 第 8 页

9 第 2 章 I2C 概要应答应答在数据传送中是必需的与应答相关的时钟脉冲由主设备产生在应答时钟脉冲期间, 发送器释放 SDA 线路 (HIGH), 接收器下拉 SDA 线路使其在时钟脉冲为 HIGH 时, 始终处于 LOW 状态务必考虑设定时间和保持时间一般来说, 接收器在每次接收字节数据后产生一个应答一个情况例外 : 接收器访问 CBUS 地址并且发送信息如果从设备不能识别从地址 ( 例如正在进行某个实时功能 ),SDA 线路应为 HIGH 在这种情况下, 主设备应产生一个 STOP 条件结束数据传送或者产生重复的 START 条件开始一个新的传送如果从接收器在识别从地址后的一定时间内没有收到任何字节数据, 主设备必须重新停止数据传送如果从设备在第一个字节后立即产生一个无应答从设备将把 SDA 设置为 HIGH 主设备应产生一个 STOP 条件或者一个重复的 START 条件如果主设备接收器也进行数据传送, 在从设备发送最后的数据时, 它应发送一个无应答给从设备发送器从设备发送器必须释放 SDA 线路, 让主设备产生 STOP 条件或重复的 START 条件图 2-2:I 2 C 总线上的数据传送 MCU-AN Z-11 - 第 9 页

10 第 2 章 I2C 概要图 2-3: I 2 C 总线上的应答完整的数据传送下图显示了数据传送的格式在产生一个 START 条件 (S) 后开始传送从地址该地址长度为 7 位, 后面是第八位 : 数据方向位 (R/W)("0": Write, 1 : Read) 数据传送由主设备产生的 STOP 条件 (P) 终止但是, 如果主设备仍然需要在总线上进行数据传送, 可以产生一个重复的 START 条件 (Sr) 或者访问其他从设备而不先产生 STOP 条件上述方法可以用于各种读写模式图 2-4: I 2 C 总线上完整的数据传送 MCU-AN Z-11- 第 10 页

11 第 3 章 I2C 驱动程序 3 I 2 C 驱动程序 3.1 外设使用 MCU 引脚用法如下 P62, 用作 SDA P63, 用作 SCL MCU-AN Z-11 - 第 11 页

12 第 3 章 I2C 驱动程序 3.2 驱动程序代码一般定义 typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; /* Unsigned 8 bit quantity */ typedef signed char INT8S; /* Signed 8 bit quantity */ typedef unsigned int INT16U; /* Unsigned 16 bit quantity */ typedef signed int INT16S; /* Signed 16 bit quantity */ typedef unsigned long INT32U; /* Unsigned 32 bit quantity */ typedef signed long INT32S; /* Signed 32 bit quantity */ #define BOOL #define BYTE BOOLEAN INT8U #define UBYTE #define WORD #define UWORD #define LONG #define ULONG #define UCHAR #define UINT #define DWORD INT8U INT16U INT16U INT32S INT32U INT8U INT16U INT32U #define TRUE 1 #define FALSE 0 #define SDA #define SCL PDR6_P62 PDR6_P63 MCU-AN Z-11- 第 12 页

13 第 3 章 I2C 驱动程序 I 2 C 程序 void I2C_BusInit() 返回参数描述 : 初始化 I 2 C 示例 : I2C_BusInit (); void I2C_BusInit() DDR6_P62=1; //SDA-OUT DDR6_P63=1; //SCL-OUT PDR6_P62=0; //SDA-0 PDR6_P63=0; //SCL-0 void DelayUS(UINT ndly) 返回参数 :ndly, delay US. 描述 : 延迟 ndly 示例 DelayUS(3); void DelayUS(UINT ndly) for(;ndly>0;ndly--) 注 : 时钟回路由 MCU 决定修改 DelayUS () 函数可以实现 μs 延迟 MCU-AN Z-11 - 第 13 页

14 第 3 章 I2C 驱动程序 void Start () 返回参数描述 : 开始 I 2 C 传输示例 Start (); void Start() SCL=0; SDA=1; DDR6_P62=1; //SDA-OUT SCL=1; SDA=0; void Stop() 返回参数描述 : 停止 I 2 C 传输示例 Stop (); void Stop() SCL=0; SDA=0; DDR6_P62=1; //SDA-OUT SCL=1; SDA=1; MCU-AN Z-11- 第 14 页

15 第 3 章 I2C 驱动程序 void SetAck() 返回参数描述 : 设置应答示例 SetAck (); void SetAck() SCL=0; SDA=0; DDR6_P62=1; //SDA-OUT SCL=1; BOOL GetAck() 返回参数描述 : 0, 失败 ;1, 成功 : 从 I 2 C 获取应答示例 BOOL back; back=getack (); BOOL GetAck() SCL=0; SDA=1; DDR6_P62=0; //SDA-IN SCL=1; return SDA? FALSE:TRUE; MCU-AN Z-11 - 第 15 页

16 第 3 章 I2C 驱动程序 void NoAck() 返回参数描述 : 设置无应答示例 NoAck (); void NoAck() SCL=0; SDA=1; DDR6_P62=1; //SDA-OUT SCL=1; void Write8Bit(UCHAR udat) 返回参数 : udat,8 位数据描述 : 烧写 8 位数据至 I 2 C 示例 Write8Bit (0x63); MCU-AN Z-11- 第 16 页

17 第 3 章 I2C 驱动程序 void Write8Bit(UCHAR udat) UCHAR i; SCL=0; DDR6_P62=1; //SDA-OUT for(i=8;i!=0;i--) SDA=(uDat&0x80)? 1:0; SCL=1; SCL=0; udat<<=1; MCU-AN Z-11 - 第 17 页

18 第 3 章 I2C 驱动程序 UCHAR Read8Bit() 返回参数描述 : 来自 I 2 C 的数据 : 从 I 2 C 读取 8 位数据示例 UCHAR tmp; tmp=read8bit (); UCHAR Read8Bit() UCHAR i; UCHAR urbyte=0; SCL=0; SDA=1; DDR6_P62=0; //SDA-IN for(i=8;i!=0;i--) SCL=1; urbyte<<=1; urbyte =(UCHAR)(SDA); SCL=0; return urbyte; MCU-AN Z-11- 第 18 页

19 第 4 章典型应用 4 典型应用 4.1 硬件设计在该应用中, MB95F204K 用作 MCU 芯片和 E2PROM (AT24C08) 用作 I 2 C 设备硬件设计如下图所示图 4-1: 硬件设计 4.2 代码示例该代码适用于 AT24C08 参见 AT24C08 手册了解更多信息其中,AT24C08 地址设置为 0xA0, 波特率设置为 1kbit/s, BOOL Rom_Write(UBYTE romaddr,ubyte dataddr,ubyte data) 返回 : 0, 失败 ;1, 成功参数 : romaddr,the AT24C08 address; dataddr,the memory space address; data, data written to the AT24C08. 描述 : 通过 I 2 C 烧写数据至 AT24C08 示例 : BOOL bsuc; bsuc=rom_write(0xa0,0x35,0x62); MCU-AN Z-11 - 第 19 页

20 第 4 章典型应用 BOOL Rom_Write(UBYTE romaddr,ubyte dataddr,ubyte data) Start(); Write8Bit(romAddr&0xFE); //I2C write address if(!getack()) return FALSE; Write8Bit(datAddr); if(!getack()) return FALSE; Write8Bit(data); if(!getack()) return FALSE; Stop(); return TRUE; UBYTE Rom_Read(UBYTE romaddr,ubyte dataddr) 返回 : 来自 AT24C08 的数据参数 : romaddr,the AT24C08 address; dataddr,the memory space address; 描述 : 通过 I 2 C 从 AT24C08 读取数据示例 : UBYTE tmp; tmp=rom_read (0xA1,0x35); MCU-AN Z-11- 第 20 页

21 第 4 章典型应用 UBYTE Rom_Read(UBYTE romaddr,ubyte dataddr) UBYTE value; Start(); Write8Bit(romAddr&0xFE); //I2C write address if(!getack()) return FALSE; Write8Bit(datAddr); if(!getack()) return FALSE; Start(); Write8Bit(romAddr 0x01); //I2C read address if(!getack()) return FALSE; value=read8bit(); NoAck(); Stop(); return value; MCU-AN Z-11 - 第 21 页

22 第 4 章典型应用 4.3 I 2 C 波形 (E2PROM 读写波形 ) 烧写波形 -->Rom_Write (0xA0,0X11,0X35) 读取波形 -->Rom_Read (0xA1,0X11) MCU-AN Z-11- 第 22 页

23 第 5 章注意事项 5 注意事项 I 2 C 地址 bit0 的设置 : bit0 在读取模式中设置为 1, 在烧写模式设置为 0 在函数 void DelayUS(UINT ndly) 中, ndly 与其他 MCU 不同请根据 MCU 设置 ndly MCU-AN Z-11 - 第 23 页

24 第 6 章更多信息 6 更多信息关于富士通半导体更多的产品信息, 请访问以下网站 : 英文版本地址 : 中文版本地址 : MCU-AN Z-11- 第 24 页

25 第 7 章附录 7 附录图 2-1:START 条件和 STOP 条件... 7 图 2-2:I 2 C 总线上的数据传送... 9 图 2-3: I 2 C 总线上的应答图 2-4: I 2 C 总线上完整的数据传送图 4-1: 硬件设计 MCU-AN Z-11 - 第 25 页

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F²MC-8L/16LX/FR FAMILY 富士通半导体 ( 上海 ) 有限公司应用笔记 MCU-AN-500017-Z-12 F²MC-8FX 家族 8 位微型控制器 MB95200 系列如何在目标板上编程应用笔记修改记录修改记录版本日期作者修改记录 1.0. 2009-2-10 Benjamin. Yang 初稿 1.1. 2009-2-11 Benjamin. Yang 修改 1.2 2010-1-11 Ivan. Xiao