【正文】 分項得分：準備情況 分； 陳述情況 分； 回答問題 分； 儀表 分 答辯成績： 答辯小組組長 (簽字 )： 年 月 日 成績計算方法 (填寫本 院系 實用比例 ) 指導(dǎo)教師成績 20 (％ ) 評閱成績 30 (％ ) 驗收成績 30 (％ ) 答辯成績 20 (％ ) 學(xué)生實得成績 (百分制 ) 指導(dǎo)教師成績 評閱成績 驗收成績 答辯成績 總評 答辯委員會 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 12 意見 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )總評成績 (等級 )： 院（系） 答辯委員會主任 (簽字 )： 院（系）簽章 ) 年 月 日 備 注 西安郵電學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 )成績評定表 (續(xù)表 ) 2 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 13 目 錄 摘要 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 8 3． 完成本課題的工作方案 ～ 了解編寫此課 題的 背景知識， 具體細節(jié) ，明確所涉及 的內(nèi)容，確立畢業(yè)設(shè)計的題目 ； ～ 學(xué)習(xí)有關(guān) KEIL 設(shè)計的相關(guān)知識，包括硬件描述語言的學(xué)習(xí)， I2C 總線的協(xié)議及規(guī)范 ，和硬件模塊的設(shè)計 ； ～ 規(guī)劃設(shè)計方案， 學(xué)習(xí)相關(guān) KEIL 工具的使用方法包括 Proteus 等； ～ 編 寫 I2C 協(xié)議控制器模塊 硬件 代碼、仿真，綜合； ～ 形成畢業(yè)設(shè)計論文，請指導(dǎo)老師評改， 改進 并加以整合，完成設(shè)計 ； ～ . 19 書寫畢業(yè)設(shè)計論文 、整理 ，準備 PPT， 答辯 。如果不同，說明總線上同時還存在其他節(jié)點，于是就退出；否則，一直到發(fā)送完數(shù)據(jù)。當主節(jié)點想要占用總線時，先檢測總線上是否空閑，如果總線是空閑的就發(fā)送數(shù)據(jù)。這種實現(xiàn)多主通信的方法有兩個缺點： ① 因為 I2C最大的優(yōu)點就是接口少、效率高，這樣做不僅增加了使用資源而且減少了 I2C總線的優(yōu)勢； ② 當主節(jié)點數(shù)比較多時，等待時間比較長，效率不高。在系統(tǒng)中增加 1根 BUSY線，在占用總線之前先檢測 BUSY線，看總線是否被占用。當有多個節(jié)點同時企圖占用總線時，就需要總線的仲裁。 主要研究內(nèi)容： 多主通 信就是在總線上有多個節(jié)點。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)使用 I2C 總線擴展時，多為單主結(jié)構(gòu)的形式，在這種 系統(tǒng)中， I2C 單主機方式，總線數(shù)據(jù)的傳送控制比較簡單，沒有總線的競爭與同步，只存在單片機對 I2C 總線上各從器件的讀（單片機接收）、寫（單片機發(fā)送）操作。這時就可以利用通用并行I/O 口線模擬 I2C 總線接口時序，使這些單片機不受帶有 I2C 總線接口的限制。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，許多廠商不斷推出 I2C 總線接口器件，如 E2OROM、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 LED 及 LCD 驅(qū)動器、日歷時鐘電路等?？呻S時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。 現(xiàn)狀綜述 I2C總線產(chǎn)生于在 80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。 I2C 總線位傳輸數(shù)據(jù)的有效性是指： SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)只有在 SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變。串行的 8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標準模式下可達 100bit/s，快速模式下可達 400bit/s，高速模式下可達 。每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡單的主機關(guān)系軟件設(shè)定地址，主機可以作為主機發(fā)送器或主機接收器。顯然，具有 I2C 總線接口的單片機可以工作在上述 4 種工作狀態(tài)中的任一狀態(tài)，而帶有 I2C 總線接口的存儲器 I2C 只有兩根雙向的信號線，一根是數(shù)據(jù)線 SDA，另一根是時鐘線 SCL。 I2C 總線句有多重主控能力，這就意味著可以允許多個作為主控器的電路模塊（具有 I2C總線接口的彈片機）去搶總線。尋址字節(jié)由 7 位從機地址（ D7～ D1）和 1 位方向位（ D0， 0/1，讀 /寫）組成。 I2C 總線是多主機總線，可以有兩個或更多的能夠控制總線的器件與總線連接；同時 I2C 總線還具有仲裁功能，當一個以上的主器件同時試圖控制總線時，只允許一個有效，從而保證數(shù)據(jù)不被破壞 .I2C 總線的尋址采用純軟件的尋址方法，無需片選線的連接，這樣就簡少了總線數(shù)量。各節(jié)點供電可以不同，但需共地，另外 SDA 和 SCL 需要分別接上拉電阻。 I2C 總線只有兩根信號線：數(shù)據(jù)線 SDA 和時鐘 線 SCL。 論文 (設(shè)計 )過程中教師的指導(dǎo)安排 提交開題報告，敘述對畢業(yè)論文任務(wù)書的理解和完成計劃； 上報畢業(yè)論文和完成步驟和情況； 完成余下的工作計劃，預(yù)計困難，對應(yīng)的措施； 按要求上交設(shè)計成果與論文，進行相應(yīng)的答辯 主要參考書目 (資料 ) 主要儀器設(shè)備及材料 對計劃的說明 無 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 5 西安郵電學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 自動化 院（系） 自動化 專業(yè) 07 級 02 班 課題名稱： 基 I2C 總線的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 任杰 學(xué) 號： 06071043 指導(dǎo)教師： 周生祥 報告日期： 2021330 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 6 1． 本課題所涉及的問題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 課題所涉及的問題 I2C 總線是一種具有自動尋址，高低速設(shè)備同步和仲裁等功能的高性能串行總線。 開始日期 2021 年 3 月 14 日 完成日期 2021 年 6 月 19 日 系主任 (簽字 ) 年 月 日 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 3 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論文 ) 工 作 計 劃 學(xué)生姓名 __任杰 ___指導(dǎo)教師 ___周生祥 ___職稱 ____副教授 ___ 系別 ____ _自動化學(xué)院 ___________專業(yè) _______自動化 _ 題目 _ 基于 I2C總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ________________________________ __________ ______ 工作進程 ： ～ 了解編寫此課題的 背景知識， 具體細節(jié)，明確所涉及的內(nèi)容，確立畢業(yè)設(shè)計的題目 ； ～ 學(xué)習(xí)有關(guān) I2C 協(xié)議的相關(guān)知識，包括 I2C的， I2C 協(xié)議及規(guī)范 ，和硬件模塊的設(shè)計 ； ～ 規(guī)劃設(shè)計方 案， 學(xué)習(xí)相關(guān) EDA 工具的使用方法包括 Proteus 等； ～ 編 寫硬件 代碼、仿真，綜合； ～ 形成畢業(yè)設(shè)計論文，請指導(dǎo)老師評改，改進并加以整合，完成設(shè)計 ； ～ . 19 書寫畢業(yè)設(shè)計論文 、整理 ，準備 PPT， 答辯 。 西安郵電學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題 目： 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 院 （系） ： 自動化 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動 0702 班 學(xué)生姓名： 任杰 導(dǎo)師姓名： 周生祥 職稱： 副教授 起止時間： 2021 年 03 月 14 日 至 2021 年 06 月 19 日 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 2 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 ：任杰 指導(dǎo)教師 ：周生祥 職稱 ：副教授 系別 ：自動化學(xué)院 專業(yè) ：自動化 題目 ：基 于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 任務(wù)與要求 了解 I2C 總線的協(xié)議及規(guī)范，編寫其控制模塊。并對編寫的模塊進行仿真 ,仿真無誤后， 進行硬件的焊接， 完成 I2C 總線 的數(shù)據(jù)采集 。 起 止 時 間 工 作 內(nèi) 容 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 4 硬件描述語言相關(guān)書籍 相關(guān) EDA 軟件的參考資料 keil 開發(fā)板一套 計算機一臺，相關(guān) EDA 軟件。能夠?qū)崿F(xiàn)完善的全雙工數(shù)據(jù)傳輸，是各種總線中的使用信號線數(shù)量最少的。所有進入 I2C 總線系統(tǒng)中的設(shè)備都帶有 I2C總線借口，符合 I2C 總線電氣規(guī)范的特性，只需將 I2C 總線上所有的節(jié)點的串行數(shù)據(jù)線SDA 和時鐘線 SCL 分別與總線的 SDA 和 SCL 先 連即可。當執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送時，啟動數(shù)據(jù)發(fā)送并產(chǎn)生時鐘信號的器件稱為主器件；被尋址的任何器件都可看作從器件；發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上的器件稱為發(fā)送器；從總線上接收數(shù)據(jù)的器件稱為接收器。主機在發(fā)送完啟動信 號后，立即發(fā)送尋址字節(jié)來尋址被控器件，并規(guī)定數(shù)據(jù)傳送方向。 當主機發(fā)送尋址字節(jié)時，總線上所有器件都將該尋址字節(jié)中的高 7 位地址與自己器件的地址比較，若兩者相同，則該器件認為被主機尋址，并根據(jù)讀 /寫位確定是從發(fā) 送器還是從接收器。因此掛接在 I2C 總線上的集成電路模塊的發(fā)送器 /接收器可以根據(jù)不同的工作狀態(tài)反為住控發(fā)送器，主控接 受器，被控發(fā)送被控接收器。所有連接到I2C 總線上器件的數(shù)據(jù)線都是接到 SDA 線上，各器件的時鐘線均接到 SCL 線上。 I2C 是一個真正的多主機總線，如果兩個或更多主機同時初始化，數(shù)據(jù)傳輸可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。連接到相同總線的 IC 數(shù)量只受到總線的最大電容 400pF 限制。起始和終止條件是： SCL 線是高電平時， SDA 線從高電平向低電平切換，這個是起始條件， SCL 線是高電平時， SDA 線由低電平向高電平切換，這個是停止條件，起始和停止條件一般有主機產(chǎn)生， 總線在起始條件后被認為處于忙的狀態(tài)，在停止條件的某段時間后總線被認為再次處于空閑狀態(tài)。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。 基于 I2C 總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 7 近年來芯片間的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)被大量采用，由于數(shù)據(jù)的串行傳輸連接線少，采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計大大簡化、系統(tǒng)的體積 減小、可靠性提高，同時系統(tǒng)的更改和擴充極為容易。對于 80C51 系列單片機，有一些品種在片上配置了 I2C 總線接口，但多數(shù)品種沒有配置 I2C 總線接口。因此在許多單片機應(yīng)用系統(tǒng)中可以將 I2C 總線的模擬傳送技術(shù)作為常規(guī)的設(shè)計方法。 2． 本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題、解決的思路及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析 本設(shè)計采用 KEIL開發(fā)和編程工具對 I2C總線接口進行設(shè)計， KEIL設(shè)計流程是指利用KEIL開發(fā)和編程工具，采用可編程邏輯器件實現(xiàn)待設(shè)計的過程，完