通过寄存器avr Atmega328p正确配置I2C

Question

为了扩大我对Atmega系列编程的理解和当前的知识，我已经开始了自己的小项目。我决定通过直接寻址其寄存器来对MPU6050 I2C传感器进行编程。为了测试传感器的工作和连接，我首先使用了这个预先编写的程序（使用Arduino平台提供的Wire库）：

#include<Wire.h>
const int MPU=0x68; 
int16_t AcX,AcY,AcZ,Tmp,GyX,GyY,GyZ;

void setup(){
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x6B); 
  Wire.write(0);    
  Wire.endTransmission(true);
  Serial.begin(9600);
}
void loop(){
  Wire.beginTransmission(MPU);
  Wire.write(0x3B);  
  Wire.endTransmission(false);
  Wire.requestFrom(MPU,12,true);  
  AcX=Wire.read()<<8|Wire.read();    
  AcY=Wire.read()<<8|Wire.read();  
  AcZ=Wire.read()<<8|Wire.read();  
  GyX=Wire.read()<<8|Wire.read();  
  GyY=Wire.read()<<8|Wire.read();  
  GyZ=Wire.read()<<8|Wire.read();  

  Serial.print("Accelerometer: ");
  Serial.print("X = "); Serial.print(AcX);
  Serial.print(" | Y = "); Serial.print(AcY);
  Serial.print(" | Z = "); Serial.println(AcZ); 

  Serial.print("Gyroscope: ");
  Serial.print("X = "); Serial.print(GyX);
  Serial.print(" | Y = "); Serial.print(GyY);
  Serial.print(" | Z = "); Serial.println(GyZ);
  Serial.println(" ");
  delay(333);
}

串行监视器从传感器显示正确的读数，说明传感器已正确连接并可以正常工作。同时，我连接了我的总线海盗，该海盗窃听I2C总线并显示在传感器和atmega芯片（Atmega328p-pu）之间发送的十六进制值。尽管我无法将它们翻译成确切的含义，但是交流看起来很正常。

我上传了使用传感器和Atmega328p的数据表创建的自己的代码后，I2C总线几乎什么也不显示。这是我的代码：

#include <Arduino.h>

#define DEBUG_LED_PIN PB5
#define DEBUG_LED_BANK DDRB

#define MPU6050_ADDR_WRITE 0x68
#define MPU6050_ADDR_READ 0x69


const uint8_t led_on = 0x01;
const uint8_t led_off = 0x00;

const uint8_t twi_write = 0x00;
const uint8_t twi_read = 0x01;

const uint8_t twi_start_transmitted = 0x08;
const uint8_t twi_repeated_start_transmitted = 0x10;
const uint8_t twi_ack_received_addr = 0x18;
const uint8_t twi_not_ack_received_addr = 0x20;
const uint8_t twi_ack_received_data = 0x28;
const uint8_t twi_not_ack_received_data = 0x30;
const uint8_t twi_arbitration_lost = 0x38;


void setup_debug_led();
void setup_twi();
void setup_mpu6050();

void control_debug_led(uint8_t status);

void send_data_to_device(uint8_t device_address, uint8_t* data, uint8_t data_length);
void send_start_signal();
void send_device_address(uint8_t device_address);
void send_data(uint8_t data);
void send_stop_signal();

void send_test_data_complete_sequence();


void setup() {
  setup_debug_led();
  control_debug_led(led_off);

  setup_twi(); // Setup i2c protocol
}

void loop() {
  // Test stuff
  send_test_data_complete_sequence();
}

void setup_twi()
{
  TWSR = 0;
  TWCR = 0;

  TWBR = 0x0C; // Set SCL to 400kHz
}

void send_test_data_complete_sequence()
{
  // 1.
  TWCR = (1<<TWINT) | (1<<TWSTA) | (1<<TWEN); // Write start condition

  // 2.
  while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Wait for TWINT flag set. Indicates START has been transmitted

  // 3.
  if((TWSR & 0xF8) != twi_start_transmitted) // Check value TWI status register, if equals 0x08 continue
  {
    // Handle exception call
  }

  // 4.
  TWDR = 0b11010000; // Load slave address including r/w bit

  // 5.
  TWCR = (1 << TWINT) | (1 << TWEN); // Clear TWINT bit to start tranmission

  // 6.
  while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Wait for TWINT flag set. Inidicates SLA+W has been transmitted

  // 7.
  if((TWSR & 0xF8) != twi_ack_received_addr) // Check for 0x18 (SLA+W ACK has been received)
  {
    // Handle exception call
  }

  // 8.
  TWDR = 0x6B; // Load data into TWDR

  // 9.
  TWCR = (1 << TWINT) | (1 << TWEN); // Clear TWINT bit to start data tranmission

  // 10.
  while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Wait for TWINT flag set. Inidicates data has been transmitted

  // 11.
  if((TWSR & 0xF8) != twi_ack_received_data) // Check for 0x28 (data ACK has been received)
  {
    // Handle exception
  }

  // 12.
  TWCR = (1<<TWINT) | (1<<TWEN) | (1<<TWSTO); // Write stop condition
}

总线海盗在普通总线上显示以下通信数据：[][[][][[[]]这与我传输到缓冲区的数据完全不同。如果我等待足够长的时间，我会发现一些偶然的0x0或0x00。

我尝试更改从站的地址和写入传感器的第一个数据字节。从不触发步骤3、7和11的异常。

此代码中未触及引脚A4和A5（SCL和SDA）。我尝试将它们配置为启用了上拉电阻的输入，但也没有得到理想的结果。

传感器按照以下方案连接到arduino：

(Arduino)   (MPU6050)
A4 (SDA) -> SDA
A5 (SCL) -> SCL
VCC      -> VCC
GND      -> GND
GND      -> AD0

海盗车与SDA和SCL连接并行连接以截取其数据。

Atmega328p的数据表对完成I2C传输所需采取的所有步骤进行了简要总结。我已尝试正确复制这些步骤（第21.6节“使用TWI”，表21-2）。

我希望你们能发现我的错误或缺少代码。提前非常感谢！

Answer 1

似乎您没有在TWI功能中启用setup_twi()。

您需要按照数据手册中的说明，通过将TWEN寄存器中的TWCR位置1来将其打开：

TWEN位使能TWI操作并激活TWI接口。将TWEN写为1时，TWI将控制与SCL和SDA引脚相连的I / O引脚，从而启用压摆率限制器和尖峰滤波器。如果将此位写为零，则无论正在进行任何操作，TWI都将关闭，并且所有TWI传输都将终止。