【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 I2C 總線工作原理 （ 1） 數(shù)據(jù)位 的有效性規(guī)定 I2C 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。 如圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定 （ 2）起始和終止信號(hào) SCL 線為高電平期間， SDA 線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)； SCL線為高電平期間， SDA 線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào) ，如圖 所示 。 圖 起始和終止信號(hào) （ 3）數(shù)據(jù)傳送格式 每一個(gè)字節(jié)必須保證是 8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（ MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有 9 位）。如果一段時(shí)間內(nèi)沒有收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，則自動(dòng)認(rèn)為從機(jī)已正確接收到數(shù)據(jù)。 圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)傳送格式 單片機(jī)模擬 I2C 總線通信 主機(jī)可以采用不帶 I2C 總線接口的單片機(jī)，如 80C5 AT89C2051 等單片機(jī)，利用軟件實(shí)現(xiàn) I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送，即軟件與硬件結(jié)合的信號(hào)模擬 。 為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的 I2C 總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。 I2C 總線的起武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 始信號(hào)、終止信號(hào)、發(fā)送 “0” 及發(fā)送 “ 1” 的模擬時(shí)序 ，圖 所示 ： 圖 I2C 總線通信的模擬 1. 總線初始化 void init() { sda=1。 delay0()。 scl=1。 delay0()。 } 將總線都拉高以釋放總線 。 2. 啟動(dòng)信號(hào) void start() { sda=1。 delay0()。 scl=1。 delay0()。 sda=0。 delay0()。 } SCL 在高電平期間， SDA 一個(gè)下降沿啟動(dòng)信號(hào)。 3. 應(yīng)答信號(hào) void respons() { uchar i。 scl=1。 delay0()。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 while(sda==1amp。amp。i255) i++。 scl=0。 delay0()。 } 4. 停止信號(hào) void stop() { sda=0。 delay0()。 scl=1。 delay0()。 sda=1。 delay0()。 } 5. 寫一個(gè)字節(jié) void writebyte(uchar date) { uchar i,temp。 temp=date。 for(i=0。i8。i++) { temp=temp1。 scl=0。 delay0()。 sda=CY。 delay0()。 scl=1。 delay0()。 } scl=0。 delay0()。 sda=1。 delay0()。 } 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 串行發(fā)送一個(gè)字節(jié)時(shí)，需要把這個(gè)字節(jié)中的 8 為一位一位的發(fā)送出去，“ temp=temp1?！北硎?將 temp 左移一位，最高位將移入 PSW 寄存器 CY 位中，然后將 CY 值賦給 SDA 進(jìn)而在 SCL 的控制下發(fā)送出去。 6. 讀一個(gè)字節(jié) uchar readbyte() { uchar i,k。 scl=0。 delay0()。 sda=1。 delay0()。 for(i=0。i8。i++) { scl=1。 delay0()。 k=(k1)|sda。 scl=0。 delay0()。 } return k。 } 同樣的，串行接收一個(gè)字節(jié)時(shí)需要將 8位一位一位的接收，然后再組合成一個(gè)字節(jié)，上面代碼中我們定義了一個(gè)臨時(shí)變量 k，將 k左移一位后與 SDA進(jìn)行“或” 運(yùn)算，依次把 8個(gè)獨(dú) 立的位放入一個(gè)字節(jié)中來完成接收。 串行 E2PROM AT24C02 與單片機(jī)的通信實(shí)例 具有 I2C 總線接口的 E2PROM 有多個(gè)廠家的多種類型產(chǎn)品，在這里我們只介紹 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT24C 系列 E2PROM，主要型號(hào)有 AT2401/02/04/08/16等，其 對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量分別為 AT24C01： 128 字節(jié)（ 128 8 位）； AT24C02： 256字節(jié)（ 256 8 位）； AT24C04： 512 字節(jié)（ 512 8 位） AT24C08： 1K 字節(jié)（ 1K 8 位）； AT24C16： 2K 字節(jié)（ 2K 8 位） 。采用這類芯片可 解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對(duì)所存數(shù)據(jù)保存 100 年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達(dá) 10 萬次以上。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 AT24C02 引腳配置與引腳功能 AT24C02 引腳 如圖 所示。 圖 AT24C02 引腳圖 各引腳功能如下： 1,2,3（ A0、 A A2） — 可編程地址輸入端。 4（ GND） — 電源地。 5（ SDA） — 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端。 6（ SCL） — 串行時(shí)鐘輸入端、 7（ WP） — 寫保護(hù)輸入端，用于硬件的數(shù)據(jù)保護(hù)。當(dāng)為低電平時(shí)，可以對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)器進(jìn)行正常的讀 /寫操作 ；當(dāng)其為高電平時(shí)，存儲(chǔ)器具有寫保護(hù)功 能，但讀寫操作不受影響。 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與尋址 AT24C02 的存儲(chǔ)容量為 2Kb，內(nèi)部分成為 32頁，每頁 8B。共 256B，操作時(shí)有來年高中尋址方式：芯片地址和片內(nèi)子地址尋址。 （ 1）芯片尋址。 AT24C02 的芯片地址 為 1010， A0， A1， A2正好與芯片的 1，2， 3 引角對(duì)應(yīng)，為當(dāng)前電路中的地址選擇線，三根線可選擇 8 個(gè)芯片同時(shí)連接在電路中，當(dāng)要與哪個(gè)芯片通信時(shí)傳送相應(yīng)的地址即可與該芯片建立連接， TX1B實(shí)驗(yàn)板上三根地址線都為 0。最后一位 R/W 為告訴從機(jī)下一字節(jié)數(shù)據(jù)是要讀還是寫， 0為寫入， 1為讀出。 （ 2）片內(nèi)子地址尋址。芯片尋址可對(duì)內(nèi)部 256中的任一個(gè)進(jìn)行讀 /寫操作，其尋址范圍為 00FF，共 256 個(gè)尋址單元。 讀 /寫操作時(shí)序 AT24C系列 E2PROM 芯片地址的固定部分為 1010， A A A0引腳接高、低電平后得到確定的 3 位編碼。形成的 7 位編碼即為該器件的地址碼。 單片機(jī)進(jìn)行寫操作時(shí)，首先發(fā)送該器件的 7 位地址碼和寫方向位 “ 0”（共 8位，即一個(gè)字節(jié)），發(fā)送完后釋放 SDA線并在 SCL 線上產(chǎn)生第 9 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在 SDA 線上產(chǎn)生一武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為相應(yīng)，單片機(jī) 收到應(yīng)答后就可以傳送數(shù)據(jù)了。 傳送數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)首先發(fā)送一個(gè)字節(jié)的被寫入器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到存儲(chǔ)器器件的應(yīng)答后，單片機(jī)就逐個(gè)發(fā)送各數(shù)據(jù)字節(jié)，但每發(fā)送一個(gè)字節(jié)后都要等待應(yīng)答。 AT24C系列器件片內(nèi)地址在接收到每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)地址后自動(dòng)加 1，在芯片的 “ 一次裝載字節(jié)數(shù) ” （不同芯片字節(jié)數(shù)不同）限度內(nèi)，只需輸入首地址。裝載字節(jié)數(shù)超過芯片的 “ 一次裝載字節(jié)數(shù) ” 時(shí)，數(shù)據(jù)地址將 “ 上卷 ” ，前面的數(shù)據(jù)將被覆蓋。 寫入過程如圖 所示。 圖 任一地址寫入數(shù)據(jù)格式 讀出過程，單 片機(jī)先發(fā)送該器件的 7位地址碼和寫方向位 “ 0” （ “ 偽寫 ” ），發(fā)送完后釋放 SDA 線并在 SCL 線上產(chǎn)生第 9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。被選中的存儲(chǔ)器器件在確認(rèn)是自己的地址后，在 SDA 線上產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號(hào)作為回應(yīng)。然后，再發(fā)一個(gè)字節(jié)的要讀出器件的存儲(chǔ)區(qū)的首地址，收到應(yīng)答后，單片機(jī)要重復(fù)一次起始信號(hào)并發(fā)出器件地址和讀方向位（ “ 1” ），收到器件應(yīng)答后就可以讀出數(shù)據(jù)字節(jié)，每讀出一個(gè)字節(jié)，單片機(jī)都要回復(fù)應(yīng)答信號(hào)。當(dāng)最后一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)讀完后，單片機(jī)應(yīng)返回以 “ 非應(yīng)答 ” （高電平），并發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束讀出操作。 讀 出過程如圖 所示。 圖 任一地址讀出數(shù)據(jù)格式 TX1C 實(shí)驗(yàn)板上 AT24C02 連接圖 TX1C 實(shí)驗(yàn)板上 AT24C02 與單片機(jī)連接如圖 所示。其中 A0， A1， A2與 WP 都接地， SDA 接單片機(jī) 腳， SCL 接單片機(jī) 腳， SDA 與 SCL分別于Vcc 之間接一 10KΩ電阻，因?yàn)?AT24C02 內(nèi)部是漏極開路形式，不解上拉電阻無武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 法確定總線的空閑時(shí)的電平狀態(tài)。 圖 TX1C 實(shí)驗(yàn)板上 AT24C02 連接圖 此部分程序在后面 會(huì)詳細(xì)介紹。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 4 USB 輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的總體設(shè)計(jì) USB 輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的總體結(jié)構(gòu) USB 輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 設(shè)計(jì)的總體思路是用 VB 編寫上位機(jī)軟件，通過此軟件向單片機(jī)發(fā)送文字信息。 硬件部分則是采用芯片 PL2303 模塊 將 USB 接口轉(zhuǎn)換成串口，這樣就可以直接將硬件接到電腦上，支持熱插拔。 用 80C51 作為控制器，外部顯示用 12864 液晶屏。 整體框圖如 所示。 圖 整體框圖 USB 輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī) 8051介紹 本課題設(shè)計(jì) USB系統(tǒng)比較 簡(jiǎn)單，單片機(jī)執(zhí)行的功能不多，在確保實(shí)驗(yàn)功能的情況下，為了降低成本，因此選用性價(jià)比高的 8051單片機(jī)。 MCS51是 Intel公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。屬于這一系列的單片機(jī)有多種。 8051便是其中一種性價(jià)比高的單片機(jī)。 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)按其功能部件劃分可以看出由 8大部分組成的。這 8大部分是 : 一個(gè) 8位中央處理機(jī) CPU。 128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。 4KB的片內(nèi)程序只讀存儲(chǔ)器 ROM或 EPROM。 18個(gè)特殊功能寄存器 SFR。 4個(gè) 8位并行輸入輸出 I/O接口 : P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共 32線） , 用上位機(jī) USB 接口 PL2303 8051 單片機(jī) 液晶顯示器 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 于并行輸入或輸出數(shù)據(jù)。 1個(gè)串行 I/O接口。 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 1個(gè)具有 5個(gè)中斷源 , 可編程為 2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。 它可以接收外部中斷申請(qǐng) , 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器中斷申請(qǐng)和串行口中斷申請(qǐng)。 本課題選用的 8051單片機(jī)芯片為 40個(gè)引腳 ，它是 HMOS工藝制造的芯片 ， 采用雙列直插（ DIP）方式封裝。 主電源引腳 Vcc和 Vss VCC（ 40腳） ： 接 +5V電源正端 。 VSS（ 20腳） ： 接 +5V電源 地端。 外接晶體引腳 XTAL1和 XTAL2 XTAL1（ 19腳） ： 接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部 , 它是一個(gè)反相放大器的輸入端 ， 這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí) ， 對(duì)于 HMOS單片機(jī) ， 該引腳接地 ； XTAL2（ 18腳） ： 接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部 ， 接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS單片機(jī) ， 該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端 。 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 I/O口線引腳排列 （ 1） P0口 ——8位、漏極開路的雙向 I/O口。 當(dāng)使用片外儲(chǔ)存器及外擴(kuò) I/O口時(shí)， P0口做為低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)復(fù) 線。在編程時(shí)， P0口可用于接收指令代碼字節(jié)；在程序校檢時(shí)， P0口可輸出指令字節(jié)（這是需要外加上拉電阻）。 （ 2） P0口也可作為通用 I/O使用，變成準(zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通輸入時(shí)，應(yīng)將輸出鎖存器置 1。 P0口可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL負(fù)載。 P1口 ——8位、準(zhǔn)雙口 I/O，具有內(nèi)部上拉電阻。 P1口是為用戶準(zhǔn)備的 I/O雙向口。在編程和校檢時(shí)，可用做輸入低 8位地址；用做輸入時(shí)，應(yīng)先將輸出鎖存器置 1； P1口可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載。 P1口的 。 （ 3） P2口 ——8位、準(zhǔn)雙向 I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 當(dāng)使用片外儲(chǔ)存器或外擴(kuò) I/O端口時(shí)， P2口輸出高 8位地址；在編程 校檢時(shí)， P2口可接收高