51单片机模拟IIC以及引脚模式

IIC协议通常用于连接多个数字集成电路，例如传感器、存储器、LCD显示器等，并允许这些设备通过只使用两个引脚进行通信。 IIC协议有两根线，一根是串行数据线(SDA)，另一根是串行时钟线(SCL)，所有设备都连接在这两根线上。

IIC协议使用了一种主从模式的通信方式，其中一个设备充当主设备，其他设备充当从设备。 主设备控制总线的访问，并向从设备发出指令，从设备接收指令并执行相应操作，然后将响应信息返回给主设备。

IIC协议具有以下优点：使用简单、灵活，允许连接多个设备，传输速率较快，占用引脚少，且协议本身具有很强的兼容性和可扩展性，因此在数字电路中得到了广泛应用。

IIC协议(Inter-Integrated Circuit Protocol)，也叫I2C协议，是一种串行通信协议，用于在数字集成电路(IC)之间进行通信。 它是由Philips公司(现在的NXP公司)在20世纪80年代开发的，并且现在被广泛应用于数字集成电路之间的通信。

IIC协议通常用于连接多个数字集成电路，例如传感器、存储器、LCD显示器等，并允许这些设备通过只使用两个引脚进行通信。 IIC协议有两根线，一根是串行数据线(SDA)，另一根是串行时钟线(SCL)，所有设备都连接在这两根线上。

IIC协议使用了一种主从模式的通信方式，其中一个设备充当主设备，其他设备充当从设备。 主设备控制总线的访问，并向从设备发出指令，从设备接收指令并执行相应操作，然后将响应信息返回给主设备。

IIC协议具有以下优点：使用简单、灵活，允许连接多个设备，传输速率较快，占用引脚少，且协议本身具有很强的兼容性和可扩展性，因此在数字电路中得到了广泛应用。

具体来说，要模拟I2C协议，需要按照以下步骤进行操作：

设置SDA和SCL口的方向：将SDA和SCL口都设置为输出模式，即将相应的寄存器(如P1)中的对应位设为1。

发送起始信号：在SCL为高电平时，将SDA拉低，产生起始信号。

发送设备地址和读/写控制位：将设备地址和读/写控制位依次按位发送到SDA口。 每次发送完一位后，都需要在SCL上产生一个时钟信号(即将SCL拉低再拉高)，使接收方进行响应。

等待应答信号：在发送完设备地址和读/写控制位后，需要等待I2C设备的应答信号。 应答信号是指在SDA上产生的一个低电平脉冲。 如果接收到应答信号，说明I2C设备已经准备好接收或发送数据; 如果没有接收到应答信号，说明I2C设备无法响应，通信失败。

发送数据：在接收到I2C设备的应答信号后，可以开始发送数据。 每次发送完一个字节的数据后，都需要等待I2C设备的应答信号，以确保数据已经成功传输到设备中。

接收数据：在发送完设备地址和读/写控制位后，如果需要从设备中读取数据，则需要切换SDA口的方向，将其设置为输入模式。然后，通过SCL口产生时钟信号，让I2C设备将数据依次输出到SDA口，即可完成数据的接收。

发送停止信号：在完成数据传输后，需要发送停止信号，即在SCL为高电平时，将SDA从低电平拉高，产生停止信号。

下面是51单片机的几种引脚模式：

推挽模式是指输出口的驱动方式，它是单片机IO口输出模式的一种。在推挽模式下，输出端口的驱动器可以向输出端口提供电流，也可以吸收电流。这种模式下的输出端口能够输出较高的电平和较低的电平，通常被用于控制外部设备。

推挽模式的特点是具有较强的驱动能力和稳定性，能够驱动大电流负载，同时输出的电平变化也比较快速。此外，在推挽模式下，IO口的电平转换比较简单，可以省去电阻分压等额外的电路。

推挽模式通常适用于需要输出高电平和低电平信号的场合，如驱动电机、灯光等。同时，由于推挽输出可以直接输出电压高低电平，因此使用推挽模式时需要注意控制IO口的输出状态，避免IO口被短路或过载等不良情况。

开漏输出模式是指输出端口在输出高电平时是处于高阻状态的，而在输出低电平时则是由输出端口提供输出电流。换句话说，开漏输出模式只能将输出端口拉低，而不能将输出端口拉高，输出端口的电平由外部拉高电阻决定。

在开漏输出模式下，输出端口的驱动能力比较弱，不能够输出较高的电平，但是可以承受较高的电压。此外，在输出高电平时，输出端口处于高阻状态，电路中需要外部上拉电阻，以保证输出端口处于高电平状态。

开漏输出模式通常用于与其他器件进行连接的场合，如LED灯、继电器、开关等，通过连接外部电阻来确定输出端口的电平状态。开漏输出模式还可以用于实现多个IO口的共用输出，从而减少单片机IO口的使用数量。

三态输出模式是指输出端口可以处于三种状态中的一种：高电平、低电平或高阻态。在三态输出模式下，输出端口可以选择输出高电平、低电平，也可以处于高阻态，不产生输出。

在三态输出模式下，当输出端口处于高阻态时，它将不会对其他设备的正常工作产生影响。而在输出端口处于高电平或低电平状态时，输出端口的电平由单片机内部电路提供。与开漏输出模式不同的是，在三态输出模式下，输出端口的驱动能力比较强，可以输出较高的电平。

三态输出模式常用于输出信号的多路复用和电路输入的保护。例如，在多个器件之间共享同一个输出线时，可以使用三态输出模式，使得单片机可以选择性地将输出端口拉高、拉低或保持高阻态，从而实现多路信号输出。另外，在输入输出信号的电路中，也可以使用三态输出模式来保护单片机不受到过大的输入信号电流或电压的损害。

总结一下这几种IO模式的特点：

推挽输出模式

特点：常用的输出模式，输出电平稳定，能够提供比较大的输出电流，适用于驱动电机、LED等负载。

应用场景：用于需要输出稳定电平的场合，如驱动电机、LED等。

开漏输出模式

特点：输出电平只能拉低，不能拉高，需要外部上拉电阻，适用于与多个设备共享总线的情况，如IIC通信、SPI通信等。

应用场景：用于与多个设备共享总线的情况，如IIC通信、SPI通信等。

三态输出模式

特点：输出端口可以使能、禁用和高阻态，可以实现多个设备共享总线，如IIC通信、SPI通信等。

应用场景：用于实现多个设备共享总线的情况，如IIC通信、SPI通信等。

输入模式

特点：用于接收外部信号，可以配置上拉电阻或下拉电阻，增强输入的稳定性，适用于按键、触摸开关等。

应用场景：用于接收外部信号的情况，如按键、触摸开关等。

级联模式

特点：多个IO端口组成级联，适用于驱动数码管、LED灯带等。

应用场景：用于驱动多个显示器或LED的情况。

模拟输入模式

特点：可以接收外部模拟信号，如电压、电流等，可以使用内部的ADC进行模拟信号的采集和处理。

应用场景：用于测量模拟信号的场合，如温度、湿度、电压、电流等。

捕捉模式

特点：可以对外部信号进行捕捉，记录捕捉到的时间或计数值，用于测量信号的频率、脉宽等。

应用场景：用于测量信号的频率、脉宽等场合，如计数、计时等。

在设计连接在单片机IO口上的电路时，需要注意以下几个方面：

输入电平范围：需要根据单片机IO口的工作电平范围，设计相应的输入电路，以保证输入信号能够被正确识别。通常情况下，单片机IO口的输入电平范围为0V~VCC，因此需要将输入信号通过电阻分压等方式，使其电平在此范围内。

输入电阻大小：为了避免输入信号对单片机IO口造成损坏或误差，需要根据具体情况选择合适的电阻大小，一般在10kΩ左右。

输出电平范围：需要根据单片机IO口的工作电平范围和外设的工作电平范围，设计相应的输出电路，以保证输出信号能够被正确驱动。通常情况下，单片机IO口的输出电平范围为0V~VCC，因此需要根据外设的输入电平范围和电平状态，设计相应的驱动电路，例如三态输出、开漏输出、推挽输出等。

输出电流能力：为了保证单片机IO口输出信号的稳定性和可靠性，需要根据具体情况选择合适的输出电流能力，一般在几毫安到十几毫安左右。

滤波和去抖动：为了避免外部环境干扰和信号抖动对单片机IO口造成误差或损坏，需要根据具体情况进行信号滤波和去抖动设计，例如通过滤波电容、去抖动电路等方式。

将采集系统与MCU连接需要注意以下几点：

电压匹配：单片机的IO口通常为TTL或CMOS电平，而采集系统的输出电压可能与其不兼容，需要使用电平转换器进行电平匹配。

信号质量：在传输过程中，需要注意信号的干扰和失真问题。

电流保护：为了保护单片机的IO口，可以在采集系统的输出端加上保护电阻和反向极性保护二极管，防止电流过大而损坏IO口。

接线布局：需要合理安排信号线的布局，尽可能地减少信号线与其他干扰源的接触，以保证信号的稳定传输。

　　审核编辑：汤梓红