《單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例開發(fā)》課件第8章

8.1I2C總線

8.2單片機(jī)與24C16接口的設(shè)計(jì)

8.3習(xí)題實(shí)例八外部存儲(chǔ)器的應(yīng)用設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)

◆理解I2C總線的工作過(guò)程。

◆理解I2C總線中數(shù)據(jù)的有效性、起始和停止條件、字節(jié)傳送與應(yīng)答、數(shù)據(jù)幀格式、I2C總線尋址。

◆理解I2C總線典型信號(hào)的軟件模擬。

◆理解24C16的讀/寫操作。

工作任務(wù)

◆設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試單片機(jī)與24C16接口電路。

◆設(shè)計(jì)、調(diào)試單片機(jī)與24C16接口軟件。

◆撰寫設(shè)計(jì)文檔與測(cè)試報(bào)告。8.1I2C總線

學(xué)習(xí)目標(biāo)◆理解I2C總線的工作過(guò)程?！衾斫釯2C總線中數(shù)據(jù)的有效性、起始和停止條件、字節(jié)傳送與應(yīng)答、數(shù)據(jù)幀格式、I2C總線尋址?！衾斫釯2C總線典型信號(hào)的軟件模擬。

I2C總線(InterICBus)是Philips半導(dǎo)體(現(xiàn)NXP半導(dǎo)體)推出的一種串行總線，是一種簡(jiǎn)單的雙向兩線總線，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)IC間的有效控制。8.1.1I2C總線概述

I2C總線只要求兩條信號(hào)線：一條為串行時(shí)鐘線(SCL)，另一條為串行數(shù)據(jù)線(SDA)。連接在總線上的器件通過(guò)兩線來(lái)傳遞信息。微控制器、LCD驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)器或鍵盤接口都有一個(gè)唯一的地址，且都可以作為一個(gè)發(fā)送器或接收器，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)還可以看做是主機(jī)或從機(jī)。

I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線。主機(jī)是啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送、發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)、傳送結(jié)束時(shí)發(fā)出終止信號(hào)的器件。被主機(jī)尋址的器件稱為從機(jī)。通常主機(jī)由各種單片機(jī)或其他微處理器充當(dāng)，從機(jī)可以是各種單片機(jī)或微處理器，也可以是其他器件，如存儲(chǔ)器、LCD驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘日歷器件等。在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能出現(xiàn)同時(shí)幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)的情況。為了避免混亂，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，任何時(shí)刻總線只能由某一臺(tái)主機(jī)控制。I2C總線通過(guò)總線仲裁來(lái)決定由哪一個(gè)器件控制。當(dāng)有兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)嘗試發(fā)送信息到總線時(shí)，在其他主機(jī)都送“0”的情況下，首先送“1”的主機(jī)將丟失仲裁。該過(guò)程中的時(shí)鐘信號(hào)是由各個(gè)主機(jī)產(chǎn)生的異步時(shí)鐘信號(hào)線與的結(jié)果。

I2C總線上，通常由主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。在總線上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)主機(jī)產(chǎn)生自己的時(shí)鐘信號(hào)。僅在慢速的從機(jī)器件控制時(shí)鐘并延長(zhǎng)時(shí)鐘信號(hào)或在發(fā)生仲裁時(shí)被另一個(gè)主機(jī)改變的情況下，主機(jī)產(chǎn)生的時(shí)鐘才會(huì)被改變。

SDA和SCL都為雙向線路，都通過(guò)一個(gè)電流源或上拉電阻連接到正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩條線路都是高電平。連接到總線的器件輸出級(jí)必須是漏極開路或集電極開路，才能執(zhí)行線與的功能。I2C總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kb/s，在快速模式下可達(dá)400kb/s，在高速模式下可達(dá)3.4Mb/s。連接到總線的接口數(shù)量只由總線的最大電容為

400pF的限制決定。

【練習(xí)】

項(xiàng)目：I2C通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目編號(hào)：EX8_1。

任務(wù)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)、LCD控制器、日歷芯片、外部存儲(chǔ)器(所有器件均有I2C接口)組成的系統(tǒng)，畫出結(jié)構(gòu)框圖。

分析：I2C總線器件間通過(guò)SDA、SCL進(jìn)行通信。顯然，結(jié)構(gòu)框圖如圖8-1所示。圖8-1I2C通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

8.1.2I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸

1．?dāng)?shù)據(jù)的有效性

SDA線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平期間保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)的變換只有在SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才能改變，如圖8-2所示。

注意：在I2C總線上，每一位數(shù)據(jù)位的傳送都與時(shí)鐘脈沖相對(duì)應(yīng)，邏輯“0”和邏輯“1”的信號(hào)電平取決于相應(yīng)的正端電源(即上拉電阻所接電源)電壓。圖8-2位傳輸?shù)挠行砸?guī)定

2．起始和停止條件

SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平變化表示起始條件；SCL線為高電平時(shí)，SDA線由低電平向高電平變化表示停止條件，如圖8-3所示。圖8-3起始和停止條件起始和停止條件均由主機(jī)產(chǎn)生?？偩€在起始條件產(chǎn)生后，就處于被占用狀態(tài)；在停止條件產(chǎn)生的某段時(shí)間后，總線處于空閑狀態(tài)。

如果連接到總線上的器件具有I2C總線的硬件接口，那么檢測(cè)起始和停止條件就比較簡(jiǎn)便。對(duì)于不具備I2C總線硬件接口的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，為了檢測(cè)到起始和停止條件，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線采樣兩次。

3．字節(jié)的傳送與應(yīng)答

I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，無(wú)傳送字節(jié)數(shù)的限制，但每個(gè)字節(jié)必須保證是8位，并且每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)應(yīng)答位。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位。如果從機(jī)要完成某些其他功能后才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的字節(jié)，則可以使SCL線保持低電平迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。直到從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)并釋放SCL線。傳輸過(guò)程的應(yīng)答時(shí)序如圖8-4所示。圖8-4應(yīng)答時(shí)序應(yīng)答時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生，在應(yīng)答時(shí)鐘脈沖期間，主機(jī)釋放SDA線(為高)。在應(yīng)答時(shí)鐘脈沖期間，從機(jī)必須將SDA線拉低，使其在該時(shí)鐘脈沖為高電平期間保持穩(wěn)定的低電平。

由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)，必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止條件以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。

如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)，則從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的非應(yīng)答通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。

當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。該信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的非應(yīng)答來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生停止條件。

4．?dāng)?shù)據(jù)幀格式

I2C總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)既包括地址信號(hào)，又包括數(shù)據(jù)信號(hào)。完整的數(shù)據(jù)傳輸如圖8-5所示，在起始條件后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址(7位)，第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向(讀/寫)位?！?”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)(寫)，“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)(讀)。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的停止條件結(jié)束。如果主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生停止條件，馬上再次發(fā)出起始條件對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。因此，在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可以有以下幾種讀/寫組合方式。圖8-5完整的數(shù)據(jù)傳輸

(1)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變，如圖8-6所示。圖8-6讀/寫組合方式1注：圖中陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，表示非應(yīng)答。S表示起始條件，P表示停止條件。

(2)主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即從從機(jī)中讀數(shù)據(jù)，如圖8-7所示。圖8-7讀/寫組合方式2

(3)在每次傳送過(guò)程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始條件和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，且兩次讀/寫方向位正好反相，如圖8-8所示。

由圖8-6～圖8-8可以看出，無(wú)論哪種組合方式，起始條件、停止條件和地址均由主機(jī)發(fā)出；數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送方向則由尋址字節(jié)中的方向位規(guī)定；每個(gè)字節(jié)的傳送都必須有應(yīng)答位(A或)相隨。圖8-8讀/寫組合方式3

5．I2C總線的尋址

通常，I2C總線在起始條件后的第一個(gè)字節(jié)決定了主機(jī)選擇哪一個(gè)從機(jī)。第一字節(jié)就是尋址字節(jié)。

1)尋址字節(jié)的位定義

尋址字節(jié)的格式如圖8-9所示。圖8-9尋址字節(jié)的格式圖8-9中，D7～D0位組成從機(jī)地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，當(dāng)D0為0時(shí)，表示主機(jī)寫信息到被選中的從機(jī)；當(dāng)D0為1時(shí)，表示主機(jī)向從機(jī)讀信息。

主機(jī)發(fā)送一個(gè)地址后，總線上的每個(gè)從機(jī)都將7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較。若一樣，則認(rèn)為它被主機(jī)尋址，根據(jù)讀/寫位判斷自己是發(fā)送器或接收器。

從機(jī)地址由一個(gè)固定部分和一個(gè)可編程部分組成。在同一個(gè)系統(tǒng)中可能接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入同一I2C總線的最大數(shù)目。例如，一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位為固定位，3位為可編程位，也就是說(shuō)可尋址8個(gè)相同的從機(jī)。

2)尋址字節(jié)中的特殊地址

I2C總線委員會(huì)協(xié)調(diào)I2C地址的分配。I2C總線委員會(huì)規(guī)定了I2C總線的一些特殊地址。其中，兩組8個(gè)地址(0000×××和1111×××)保留作特殊用途，如表8-1所示。通用呼叫地址用于尋址連接到I2C總線上的所有設(shè)備。如果設(shè)備不需要從通用呼叫地址獲取數(shù)據(jù)，則它可以不響應(yīng)通用呼叫地址；否則，設(shè)備接收到這個(gè)地址后應(yīng)作應(yīng)答，并把自己置為從機(jī)接收器方式以接收隨后的各字節(jié)數(shù)據(jù)。除遇到不能處理的數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)可以不作應(yīng)答，否則收到每個(gè)字節(jié)后都應(yīng)作應(yīng)答。第一字節(jié)為通用呼叫地址，其含義在第二字節(jié)說(shuō)明，如圖8-10所示，具體說(shuō)明將在后面介紹。圖8-10通用呼叫地址格式第二字節(jié)為“00000110(06H)”時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址的從機(jī)設(shè)備復(fù)位，并由硬件裝入從機(jī)地址的可編程部分。但要求能響應(yīng)命令的從機(jī)設(shè)備復(fù)位時(shí)不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。

第二字節(jié)為“00000100(04H)”時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址并通過(guò)硬件來(lái)定義其可編程地址的從機(jī)設(shè)備，將鎖定地址中的可編程位，但不進(jìn)行復(fù)位。

如果第二字節(jié)的最低位(LSB)?B為1，則該兩個(gè)字節(jié)命令稱為硬件通用呼叫命令。該命令由硬件主機(jī)設(shè)備發(fā)出。硬件主機(jī)設(shè)備就是不能發(fā)送所要尋訪從機(jī)設(shè)備地址的發(fā)送器，如鍵盤掃描器等。

3)起始字節(jié)

單片機(jī)可以用兩種方法接入I2C總線。自身帶有I2C總線硬件接口的單片機(jī)，可通過(guò)編程來(lái)響應(yīng)由I2C總線請(qǐng)求而產(chǎn)生的中斷。當(dāng)單片機(jī)不具備I2C總線接口時(shí)，必須通過(guò)軟件不斷地檢測(cè)總線，以便及時(shí)地響應(yīng)總線的請(qǐng)求。單片機(jī)檢測(cè)總線或定時(shí)查詢總線的次數(shù)越多，可用于執(zhí)行自身功能的時(shí)間就越少。因此，對(duì)于依靠軟件定時(shí)查詢總線的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其工作速度的減慢與快速的硬件設(shè)備就出現(xiàn)了矛盾。這時(shí)I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送可以由一個(gè)較長(zhǎng)的起始過(guò)程加以引導(dǎo)，如圖8-11所示。圖8-11起始字節(jié)過(guò)程起始字節(jié)由起始條件、起始字節(jié)、應(yīng)答位、重復(fù)起始條件(Sr)組成。

請(qǐng)求訪問(wèn)總線的主機(jī)發(fā)出起始信號(hào)后，發(fā)送起始字節(jié)(00000001)，另一個(gè)單片機(jī)可以以一個(gè)比較低的速率采樣SDA線，直到檢測(cè)到起始字節(jié)中的7個(gè)“0”中的一個(gè)為止。在檢測(cè)到SDA線上的高電平后，單片機(jī)就可以用較高的采樣速率，以便尋找作為同步信號(hào)使用的第二個(gè)起始信號(hào)Sr。

在起始信號(hào)后的應(yīng)答時(shí)鐘脈沖僅僅是為了和總線所使用的格式一致，并不要求設(shè)備在這個(gè)脈沖期間作應(yīng)答。

【練習(xí)】

項(xiàng)目：?jiǎn)巫止?jié)數(shù)據(jù)發(fā)送。

項(xiàng)目編號(hào)：EX8_2。

任務(wù)要求：SDA接P0.0，SCL接P0.1，編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸(數(shù)據(jù)已放于累加器A中)。

分析步驟：

(1)熟悉數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行砸?guī)定。

(2)熟悉I2C數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。

(3)學(xué)會(huì)將一字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一位一位輸出。參考代碼如下：

MOV R0, #08H

WLP: RLC A ;取數(shù)據(jù)位

MOV P0.0, C

NOP

SETB P0.1 ;模擬時(shí)鐘信號(hào)

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLR P0.1

DJNZ R0, WLP

8.1.3I2C總線的軟件模擬

MCS-51單片機(jī)不帶I2C總線接口。當(dāng)它與帶I2C總線接口的器件進(jìn)行連接時(shí)，不能直接相連。可以通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)MCS-51單片機(jī)與I2C總線接口芯片間的通信，比如I2C總線/并行轉(zhuǎn)換器，還可以采用軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)。所謂軟件模擬，就是用單片機(jī)的I/O口來(lái)模擬I2C總線的工作時(shí)序，從而達(dá)到能夠訪問(wèn)帶I2C總線接口器件的目的。下面介紹利用STC89C51的P1.0、P1.1來(lái)模擬I2C總線的工作時(shí)序。

1．I2C總線的典型信號(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，如I2C總線的時(shí)鐘信號(hào)的最小的低電平周期為7.7μs，最小的高電平周期為4μs等。

I2C總線的起始條件、停止條件、發(fā)送“0”及發(fā)送“1”的模擬時(shí)序如圖8-12所示。

表8-2所示為I2C總線的時(shí)序特性。由表8-2可見，除了SDA、SCL線的信號(hào)下降時(shí)間為最大值外，其他參數(shù)只有最小值。這表明I2C總線的數(shù)據(jù)傳送中，可以利用時(shí)間同步機(jī)制展寬低電平周期，迫使主機(jī)處于等待狀態(tài)，使傳送速率降低。圖8-12典型信號(hào)的模擬時(shí)序(a)起始條件；(b)停止條件；(c)發(fā)送“0”；(d)發(fā)送“1”對(duì)于一個(gè)新的起始條件，要求起始前總線的空閑時(shí)間TBUF大于7.7μs，而對(duì)于一個(gè)重復(fù)的起始條件，要求建立時(shí)間TSU;STA也必須大于7.7μs。所以，圖8-12中的起始條件信號(hào)適用于數(shù)據(jù)模擬傳送中任何情況下的起始操作。起始條件到第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔應(yīng)大于7.0μs。

對(duì)于終止條件，要保證大于7.7μs的信號(hào)建立時(shí)間TSU;STO，則在終止條件結(jié)束時(shí)要釋放總線，使SDA、SCL維持在高電平上，在大于7.7μs后才可以進(jìn)行第一次起始操作。在單主系統(tǒng)中，為了防止非正常傳送，終止條件后SCL可以設(shè)置為低電平。對(duì)于一個(gè)新的起始條件，要求起始前總線的空閑時(shí)間TBUF大于7.7μs，而對(duì)于一個(gè)重復(fù)的起始條件，要求建立時(shí)間TSU;STA也必須大于7.7μs。所以，圖8-12中的起始條件信號(hào)適用于數(shù)據(jù)模擬傳送中任何情況下的起始操作。起始條件到第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的時(shí)間間隔應(yīng)大于7.0μs。

對(duì)于終止條件，要保證大于7.7μs的信號(hào)建立時(shí)間TSU;STO，則在終止條件結(jié)束時(shí)要釋放總線，使SDA、SCL維持在高電平上，在大于7.7μs后才可以進(jìn)行第一次起始操作。在單主系統(tǒng)中，為了防止非正常傳送，終止條件后SCL可以設(shè)置為低電平。對(duì)于發(fā)送應(yīng)答位、非應(yīng)答位而言，與發(fā)送數(shù)據(jù)“0”和“1”的信號(hào)定時(shí)要求完全相同。只要滿足在時(shí)鐘高電平大于7.0μs期間，SDA線上有確定的電平狀態(tài)即可。

2．典型信號(hào)的模擬子程序

設(shè)主機(jī)采用STC89C51，晶振頻率為6MHz，則幾個(gè)典型信號(hào)的模擬程序如下：

(1)起始子程序：

(2)終止信號(hào)：

STOP:

CLRP1.1

SETBP1.0

NOP

NOP

SETBP1.1

NOP

NOP

CLRP1.0

RET

(3)發(fā)送應(yīng)答位：

ACK：

CLRP1.1

SETBP1.0

NOP

NOP

NOP

CLRP1.0

SETBP1.1

RET

(4)發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)：

NACK:

SETBP1.1

SETBP1.0

NOP

NOP

CLRP1.0

CLRP1.1

RET

【練習(xí)】

項(xiàng)目：起始條件信號(hào)模擬。

項(xiàng)目編號(hào)：EX8_3。

任務(wù)要求：用MCS-51單片機(jī)的P0.0、P0.1分別連接I2C器件的SDA和SCL，編程模擬起始條件信號(hào)。

分析步驟：

(1)熟悉I2C起始條件的時(shí)序。

(2)編程實(shí)現(xiàn)。參考代碼如下：

SETBP0.0

SETBP0.1

NOP

NOP

CLRP0.0

NOP

NOP

CLRP0.18.2單片機(jī)與24C16接口的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)◆理解EEPROM的作用?！衾斫?4C16的讀/寫操作。

工作任務(wù)◆設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試單片機(jī)與24C16接口電路?！粼O(shè)計(jì)、調(diào)試單片機(jī)與24C16接口軟件。◆撰寫設(shè)計(jì)文檔與測(cè)試報(bào)告。

在某些單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常希望能夠保存一些歷史數(shù)據(jù)以便以后查看，比如溫度測(cè)量系統(tǒng)中保存某時(shí)刻溫度，這種情況下通常需要為系統(tǒng)配置電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory，EEPROM)。EEPROM既具有ROM的非易失性的優(yōu)點(diǎn)，又能像RAM一樣隨機(jī)地進(jìn)行讀/寫，可多次重復(fù)改寫，保留信息的時(shí)間長(zhǎng)(FAIRCHILD公司的FM24C16可進(jìn)行100萬(wàn)次改寫，信息保留超過(guò)40年)。EEPROM芯片有兩類接口：并行接口和串行接口。由于EEPROM的體積小，因此在使用中占用的系統(tǒng)資源少，可以減小用戶電路板的面積和引線數(shù)目。在傳輸速率要求不太高的系統(tǒng)中常采用串行接口的EEPROM芯片。本節(jié)將介紹采用I2C總線的串行EEPROM的讀/寫操作。要求：將內(nèi)部RAM中30H開始的10個(gè)存儲(chǔ)單元初始化為0～9，并將這10個(gè)數(shù)據(jù)寫入FM24C16中30H開始的10個(gè)存儲(chǔ)單元，再將FM24C16中的10個(gè)數(shù)據(jù)讀出，存入單片機(jī)的內(nèi)部RAM中40H開始的10個(gè)存儲(chǔ)單元。

1．硬件設(shè)計(jì)

采用STC89C51的P1.1口模擬I2C總線的SDA線，P1.0口模擬SCL線，連接電路如圖8-13所示。圖8-13連接電路圖圖8-13中，F(xiàn)M24C16為FAIRCHILD公司生產(chǎn)的16kb標(biāo)準(zhǔn)I2C總線接口串行EEPROM。其引腳分布如圖8-14所示，各引腳功能見表8-3。

注意：FM24C16的SDA和SCL是漏極開路的，需加上拉電阻，典型值為4.7k。圖8-14FM24C16的引腳圖圖8-13中，I2C為I2C協(xié)議分析器，它允許用戶監(jiān)視I2C總線并能與之進(jìn)行交互。該分析器允許用戶查看I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)，還允許用戶作為主機(jī)或從機(jī)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。它的SCL腳連至I2C總線的時(shí)鐘線，SDA腳連至數(shù)據(jù)線。

2．軟件設(shè)計(jì)

1)?FM24C16的讀/寫操作

I2C總線EEPROM在I2C總線上作為從機(jī)工作，主機(jī)通過(guò)從機(jī)地址訪問(wèn)某設(shè)備。I2C總圖8-15從機(jī)地址格式線EEPROM的從機(jī)地址格式如圖8-15所示。圖中，設(shè)備特征碼表征器件類型，對(duì)于EEPROM，其設(shè)備特征碼為“1010”；設(shè)備/頁(yè)選擇位A2、A1、A0用于芯片選擇或芯片內(nèi)的頁(yè)選擇，對(duì)于FM24C16，這三位用于頁(yè)選擇；最低位(LSB)表征當(dāng)前操作為讀(為1)或?qū)?為0)。主機(jī)將從機(jī)地址發(fā)送出去并得到響應(yīng)(ACKNOWLEDGE)后，發(fā)送存儲(chǔ)單元地址就可以訪問(wèn)具體存儲(chǔ)單元。圖8-15從機(jī)地址格式

(1)寫操作。FM24C16支持兩類寫操作：字節(jié)寫入(ByteWrite)和頁(yè)寫入(PageWrite)。字節(jié)寫入幀格式如圖8-16所示。圖8-16字節(jié)寫入幀格式頁(yè)寫入幀格式如圖8-17所示。圖8-17頁(yè)寫入格式

(2)讀操作。讀操作有三種：讀當(dāng)前地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)、讀指定地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)、讀連續(xù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。

讀當(dāng)前地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)幀格式如圖8-18所示。圖8-18讀當(dāng)前地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)幀格式一旦含有被設(shè)置成R/

=1的EEPROM芯片地址輸入，并由EEPROM發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，當(dāng)前地址(上一次讀或?qū)懖僮鲿r(shí)最后一個(gè)被訪問(wèn)存儲(chǔ)單元的下一單元的地址值)所指向存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)就被串行輸出。單片機(jī)在讀完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，接著發(fā)送一個(gè)“停止”信號(hào)。

讀指定地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)幀格式如圖8-19所示。單片機(jī)先發(fā)送EEPROM芯片地址(R/

=0)和EEPROM存儲(chǔ)單元地址，得到EEPROM的應(yīng)答后，再發(fā)送一個(gè)“啟動(dòng)”信號(hào)，在發(fā)送帶有R/

=1的EEPROM芯片地址后，EEPROM產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)，并串行輸出數(shù)據(jù)。在讀完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，接著發(fā)送一個(gè)“停止”信號(hào)。圖8-19讀指定地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)幀格式讀連續(xù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)幀格式如圖8-20所示。圖8-20讀連續(xù)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)幀格式讀連續(xù)地址存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)可以從當(dāng)前地址開始，也可以從一個(gè)指定的地址開始。在單片機(jī)接收到一幀8位數(shù)據(jù)后，用應(yīng)答信號(hào)做出響應(yīng)。只要EEPROM接收到一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，它就繼續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的地址自動(dòng)增量調(diào)整一次，并順序串行輸出字節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)超過(guò)存儲(chǔ)單元的最大地址溢出時(shí)，數(shù)據(jù)字節(jié)單元的地址將“滾動(dòng)循環(huán)”，繼續(xù)從第一頁(yè)串行輸出數(shù)據(jù)幀。當(dāng)需要結(jié)束操作時(shí)，單片機(jī)在接收到一幀數(shù)據(jù)后，只要發(fā)送一非應(yīng)答信號(hào)，接著發(fā)送一個(gè)“停止”信號(hào)即可。

2)流程圖

本例中包含多個(gè)子程序，在此給出寫單字節(jié)、讀單字節(jié)、寫多字節(jié)、讀多字節(jié)的流程圖，如圖8-21和圖8-22所示。圖8-21單字節(jié)讀/寫流程圖(a)寫單字節(jié)；(b)讀單字節(jié)圖8-22多字節(jié)讀/寫流程圖(a)寫多字節(jié)；(b)讀多字節(jié)

;發(fā)送數(shù)據(jù)緩存區(qū)初始化，將10個(gè)連續(xù)字節(jié)分別賦值為00H～09H

MOV A, #0

MOV R0, #30H

S1: MOV @R0, A

INC R0

INC A

CJNE R0, #3AH, S1

NOP

NOP

NOP ;起始條件的鎖定時(shí)間大于7.7μs

CLR SDA ;發(fā)送起始信號(hào)

NOP

NOP

NOP

NOP ;起始條件的鎖定時(shí)間大于7.7μs

CLR SCL ;鉗住I2C總線，準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)

NOP

RET

;***************************************************

;子程序名:STOP

;描述:停止I2C總線子程序，即發(fā)送I2C總線的停止條件

;***************************************************

STOP: CLR SDA ;發(fā)送停止條件的數(shù)據(jù)信號(hào)

NOP

NOP

SETB SCL ;發(fā)送停止條件的時(shí)鐘信號(hào)

NOP

NOP

NOP

NOP NOP ;起始條件的建立時(shí)間大于7.7μs

SETB SDA ;發(fā)送I2C總線的停止信號(hào)

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP ;延遲時(shí)間大于7.7μs

RET

;*********************************************

;子程序名：MACK

;描述：發(fā)送應(yīng)答信號(hào)子程序

;*********************************************

MACK：CLR SDA ;將SDA置0

NOP

NOP

SETB SCL

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP ;保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，大于7.7μs CLR SCL

NOP

NOP

RET

;**********************************************

;子程序名：MNACK

;描述：發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)子程序

;***********************************************

MNACK:SETB SDA ;將SDA置1

NOP

NOP

SETB SCL NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLR SCL ;保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，大于7.7μs

NOP

NOP

RET

;*************************************************

;子程序名：CACK

;描述：檢查應(yīng)答位子程序，返回值A(chǔ)CK=1時(shí)表示有應(yīng)答

;************************************************

CACK: SETB SDA

NOP

NOP

SETB SCL

CLR ACK

NOP

NOP MOV C, SDA

JC CEND

SETB ACK ;判斷應(yīng)答位

CEND: NOP

CLR SCL

NOP

RET

;*********************************************

;子程序名：WRBYTE

;描述：發(fā)送字節(jié)子程序,字節(jié)數(shù)據(jù)放入ACC

;*********************************************

WRBYTE:

MOV R0, #08H

WRBYTE:

MOV R0, #08H

WLP: RLC A ;取數(shù)據(jù)位

JC WRI

SJMP WRO ;判斷數(shù)據(jù)位

WLP1: DJNZ R0, WLP

NOP

RET

WRI: SETB SDA ;發(fā)送1

NOP

SETB SCL NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLR SCL

SJMP WLP1

WRO: CLR SDA ;發(fā)送0

NOP

SETB SCL

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLR SCL

SJMP WLP1

;********************************************

;子程序名：RDBYTE

;描述：讀取字節(jié)子程序，讀出的數(shù)據(jù)存放在ACC中

;*********************************************

RDBYTE:

MOV R0, #08H

RLP: SETB SDA

NOP

SETB SCL ;時(shí)鐘線為高，接收數(shù)據(jù)位

NOP

NOP MOV C, SDA ;讀取數(shù)據(jù)位

MOV A, R2

CLR SCL ;將SCL拉低，時(shí)間大于7.7μs

RLC A ;進(jìn)行數(shù)據(jù)位的處理

MOV R2, A

NOP

NOP

NOP

DJNZ R0, RLP ;未夠8位，繼續(xù)讀入

RET

;****************************************

;子程序名：延時(shí)

;說(shuō)明：選用工作寄存器組1

;****************************************

DELAY:

PUSH PSW

CLRRS1

SETB RS0

MOV R5, #20

D1: MOV R6, #248

D2: MOV R7, #248

DJNZ R7, $

DJNZ R6, D2

DJNZ R5, D1

POPPSW

RET

END

3．仿真調(diào)試

1)?I2CDEBUGGER運(yùn)行窗口介紹

將源程序生成.hex文件并將其加載至單片機(jī)便可進(jìn)行調(diào)試，前面章節(jié)已介紹如何操作，此處不再贅述，僅介紹如何用I2CDEBUGGER調(diào)試I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)。

運(yùn)行起來(lái)后，就能看到I2CDEBUGGER的運(yùn)行時(shí)窗口，如圖8-23所示。該窗口主要由五個(gè)部分組成。圖8-23I2CDEBUGGER運(yùn)行窗口①輸入數(shù)據(jù)顯示區(qū)：該區(qū)域?yàn)镮2CDEBUGGER的主窗口，用于顯示I2C總線上的活動(dòng)情況。

②緩沖序列列表。該區(qū)域用于顯示在下一可用時(shí)機(jī)將通過(guò)I2C終端傳輸?shù)囊魂?duì)序列。可以通過(guò)從序列輸入框添加緩沖序列。

③預(yù)定義序列列表：該區(qū)域顯示預(yù)先編制的數(shù)據(jù)序列，該數(shù)據(jù)序列在SCL腳的控制下通過(guò)SDA腳的傳輸。可以通過(guò)從序列輸入框添加預(yù)定義序列。④序列輸入框：該輸入框允許用戶輸入序列，可以放至預(yù)定義列表，也可以放至緩沖列表。該輸入框支持的語(yǔ)法如表8-4所示。注意：十六進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)