关于51单片机模拟串行通信协议波形的探讨

ID:884307 · 发表于 2022-1-23 22:23

本帖最后由 Kituro 于 2022-1-25 01:17 编辑

void I2C_SendOneByte(unsigned char TxValue)
{
unsigned char i, k;
for(i=0; i<8; i++)
{
TxValue <<= 1; //Data is transferred with MSB first.
k = CY;
SDA = k; //If MSB is 1, the Carry Flag (CY) will be set to 1 after left logical shift, and vice versa.
delay();
SCL = 1;
delay();
SCL = 0;
}
}

复制代码

使用以上程序发送数据, 波形如下:(端口悬空未连接设备, 探头衰减10X)
单片机型号STC8A8K64S4A12, 输出为准双向口(传统8051模式),启用内部4.1K上拉电阻, IO模式图:

可以看到, 波形有三个阶梯(欠幅), 最下方的波形为0V, 中间的波形为约为2.5v, 最高的波形就是高电平5v
这是为什么? 为什么波形会欠幅?

我有想过可能是变量移位, 取数据等消耗了时间, 但如果这样也不应该欠幅啊, 为什么会有一个2.5v的电压出现?

为什么发送数据的波形会出现欠幅现象?
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今天又用Keil的debug功能调试了一下程序, 发现一个问题:先上汇编程序:

整个字节的发送过程太过繁琐, 这里精简一下, 只考虑发送一个bit的情况, 当发送"1"(即高电平)时
当程序运行到SDA = 1时, 输出波形没有预想中被拉高到5v, 反而处于2.5v左右的不确定状态, 有较大波动

但当程序运行至"SCL = 0"处时, SDA才被稳定拉高至5V

整个发送中, 以上过程不断循环, 最终导致了波形产生欠幅现象

综上, 我最搞不清楚的一点是:为什么执行SDA = 1之后SDA管脚会处于不确定状态? 而在执行完与SDA毫不相干的"SCL = 0"语句后SDA又被拉高?
是上拉电阻的原因吗? 但如果是因为没有上拉电阻的话, SDA又为什么能被拉高到5V呢?
本人百思不得其解, 如若得君相助, 定感激不尽!

ID:624769 · 发表于 2022-1-24 00:06

首先，如果是发送 0xff
方法1 是正确发送的，
方法2 发送出去是0xfe

其次，哪种方法简单，你是你以为你看上去觉得简单，而是单片机实际运行起来简单。很明显，单片机执行方法1才是最简单的。

最后， CY 是PSW里的一个位没错，但是就指令来讲，他是直接操作的C寄存器。也是C语言方式下，操纵C寄存器的唯一方式。
从字节中提取位，无论如何都是避不开C寄存器的，所以，直接从C寄存器取值是最理想的一种方式，即便你把C语言代码整的再怎么好看，最后还是要把位变量移到C寄存器然后再从C寄存器赋值给IO，你可以编译后看看编译后的指令，最终还是需要 MOV xxx,C 来给IO赋值。

ID:739727 · 发表于 2022-1-24 01:03

法2 发送的数据不对的，需要先发送再移位

ID:884307 · 发表于 2022-1-24 11:26

AAA_MCU 发表于 2022-1-24 01:03
法2 发送的数据不对的，需要先发送再移位

感谢, 这一点没想到!

ID:884307 · 发表于 2022-1-24 11:26

188610329 发表于 2022-1-24 00:06
首先，如果是发送 0xff
方法1 是正确发送的，
方法2 发送出去是0xfe

明白了! 学好汇编还是很重要的, 那为什么波形会呈现阶梯状呢?

ID:606226 · 发表于 2022-1-24 12:15

你这个电路是什么样子呢，I2C上有挂什么器件吗

ID:884307 · 发表于 2022-1-24 13:01

c00156155 发表于 2022-1-24 12:15
你这个电路是什么样子呢，I2C上有挂什么器件吗

没有, 我把SDA映射到P1.4, SCL映射到P1.5, 全部悬空没有挂设备, 我示波器探头开的1X, 输入阻抗相对小, 直接测量P1.5管脚

ID:624769 · 发表于 2022-1-24 13:30

Kituro 发表于 2022-1-24 13:01
没有, 我把SDA映射到P1.4, SCL映射到P1.5, 全部悬空没有挂设备, 我示波器探头开的1X, 输入阻抗相对小, 直 ...

如果你是 89C51 的话，模拟IIC通信，应当接在P0总线，并且4.7K上拉。
如果是增强型51的话，应该开启IO的开漏模式，并且4.7K上拉。

用准双向口驱动 IIC设备比较容易发生欠幅问题，因为准双向口的内部弱上拉(约50K)和IIC器件内部的弱下拉(约50K)，刚好可以形成一个1/2分压电压。

ID:884307 · 发表于 2022-1-24 21:17

188610329 发表于 2022-1-24 13:30
如果你是 89C51 的话，模拟IIC通信，应当接在P0总线，并且4.7K上拉。
如果是增强型51的话，应该开启IO ...

非常感谢您的回复! 我的帖子更新了一下, 有更详细的描述, 请您看一下, 谢谢!

ID:301191 · 发表于 2022-1-25 19:26

顶一下

ID:624769 · 发表于 2022-1-26 03:37

Kituro 发表于 2022-1-24 21:17
非常感谢您的回复! 我的帖子更新了一下, 有更详细的描述, 请您看一下, 谢谢!

几点，
首先，代码过于复杂，
你不需要  k = CY; 然后  SDA = k;
而是应该直接  SDA = CY;

之前回复我已经有说，准双向模式，会在  弱上拉极弱上拉之间切换，所以，是不稳定的，IIC器件都是有内部下拉的，所以IO口，最好是开漏模式 + 4.7K上拉，既然你用的是 STC8系列，那么，你也不需要改电路，他是内置有 4.7K上拉的。你翻一下手册，把内置4.7K上拉打开，然后，用开漏模式驱动，应该就能解决这个问题了。

ID:884307 · 发表于 2022-1-26 16:36

188610329 发表于 2022-1-26 03:37
几点，
首先，代码过于复杂，
你不需要 k = CY; 然后 SDA = k;

非常感谢帮助, 这个变量k是我在调试的时候用来追踪SDA状态用的, 实际应用不会这么写
使用P1.4口输出波形
我启用了上拉电阻和开漏模式后仍然输出这个波形, 还有救么?

ID:624769 · 发表于 2022-1-26 18:07

Kituro 发表于 2022-1-26 16:36
非常感谢帮助, 这个变量k是我在调试的时候用来追踪SDA状态用的, 实际应用不会这么写
使用P1.4口输出波形 ...

IIC 通信, SDA, SCL 两个引脚都需要上拉，开漏驱动，不是说，设一个就可以的。
假如是控制 DS1307的话，连SWQ引脚都需要上拉。
你虽然SDA的波跳动，但是，很大的可能是因为CLK的上拉不足。
另外，IIC器件的VCC入口一般需要 104电容滤波，如果是类似 TM系列的LED驱动芯片，还需要10uf以上的电解电容，不然都可能造成IIC 传输异常。

ID:884307 · 发表于 2022-1-26 19:29

188610329 发表于 2022-1-26 18:07
IIC 通信, SDA, SCL 两个引脚都需要上拉，开漏驱动，不是说，设一个就可以的。
假如是控制 DS1307的话 ...

好吧, 谢谢您的指点!

ID:185846 · 发表于 2022-1-26 22:34

你可以在输出时把SDA设置成推挽模式；在读取数据时设置成IO口模式（如果内部上拉电阻足够小的话）；最好外部上拉电阻要接上

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