1、单片机应用设计 项目实训 I2C总线,学习内容： 一。总线（I2C总线）。 二。 AD、DA转换(PCF8591) 。 三。键盘。 四。数码管显示。 五。通信。（232、485）。 六。步进电机驱动控制。,第一篇 i2C总线 （理论2学时，实践4学时） 学习目的： (1).认识i2C总线的实现原理，简单了解其协议思想。 (2).通过i2C总线，认识器件之间，以及电路与软件的融合思想。 (3).通过i2C总线，使学生能触类旁通的扩展到其它协议类的原理。 （4）通过i2C总线，学习单片机控制原理。,i2C(InterIntegrated Circuit)总线：它是PHILIPS公司开发的双向两线制
2、串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，属于器件总线。 i2C总线产生于80年代，最初为音频和视频设备开发，在彩色电视机中大规模应用，如今主要应用于电讯和影音产品，微控制器与各种功能模块的连接，器件之间的互连通信，在计算机服务器的管理中也大量应用。,应用实例图一,应用实例图二,一。 i2C总线特点 简单性（ 2线，电路简单，编程方便）有效性,I2C功能器件包括：实时时钟、 LCD驱动、I/O扩展、AD转换器、LED调光、闪光器、LED调光、闪光器、数字温度传感器、数字DIP开关；,i2C总线在IC之间进行双向数据传送，典型速度100Kbit/S，快速模式达400Kbit/S，后来增加了高速模式
3、达3.4Mbit/S。总线的长度可达1000米。 i2C总线上的每个电路和模块都有唯一的地址，像手机拨号一样。每一个IC都可以是主控器（或被控器），都可以是发送器（或接收器）。,二。 I2C总线的工作原理：数据传输的实质是：通过实现数字逻辑的“与”逻辑 来传递二进制1和0的数据。“1”高电平； “0”低电平。,I2C总线接口的实现电路简图,IN=1时，T上拉通，SDA=1； IN=0时，T下拉通，SDA=0。,多个并联，即实现了“与”逻辑。 0锁定总线，1释放总线。,2.1 I2C总线的构成及信号类型： 一。构成： 数据线 SDA时钟线 SCL 二。数据传输的有效规则：1. SCL高电平期间，
4、SDA保持不变，数据有效。2. SCL低电平期间，SDA改变，数据变化有效。 三。应用方式：1. 标准硬件 i2C 端口(硬核)。2. 软件模拟 i2C 端口(可编程器件用软件实现)。,I2C总线的三种信号类型： 开始信号 SCL高电平时，SDA产生高到低的下降沿跳变 结束信号 SCL高电平时，SDA产生低到高的上升沿跳变 应答信号 接收数据的器件在接收到8bit数据后，向发送数据的器件发出低电平信号，表示已收到数据。这个信号由接收数据的器件发出。发送端收到应答信号后，作出分析判断。若未收到应答信号，则判断为受控单元出现故障。,I2C总线数据传送典型信号时序,串行总线上的数据传送时序图：,2.
5、2 总线的工作原理时序图,时间轴,总线数据传送的模拟,（1）总线数据传送的时序要求 为了保证数据传送的可靠性，标准的总线数据传送有着严格的时序要求，如总线上时钟信号的最小低电平周期为4.7us，最小的高电平周期为4us等。 用单片机的普通I/O口模拟总线的数据传送时，单片机的时钟信号都能满足SDA、SCL上升沿、下降沿的时间要求，因此，在时序模拟时，最重要的是保证典型信号。,（2） I2C总线的控制程序实现：,/*I2C的启动程序*/ （时钟线高时，数据线上升沿） Void I2CStart (void) SDA = 1; /释放数据线SomeNOP(); /延时SCL = 1; /时钟线拉高
6、SomeNOP(); /延时SDA = 0; /数据线拉低SomeNOP(); /延时SCL = 0; /时钟线拉低SomeNOP(); /延时 ,/*I2C的停止程序*/ （时钟线高时，数据线上升沿） void I2CStop(void) SDA = 0;SomeNOP();SCL = 1;SomeNOP();SDA = 1;SomeNOP(); ,/*I2C的应答程序*/,void ACK(void) /Acknowledge信号 SDA = 0; /发送0，应答SomeNOP(); SCL = 1;SomeNOP(); /产生时钟高电平SCL = 0;SomeNOP(); void NA
7、CK(void) /没有Acknowledge信号 SDA = 1; /发送1，非应答SomeNOP();SCL = 1;SomeNOP(); /产生时钟高电平SCL = 0;SomeNOP(); ,检测应答位,bit TestAck() bit ErrorBit;SDA=1;SCL=1;ErrorBit=SDA;SCL=0;return(ErrorBit); ,写8位数据,bit Write8Bit(unsigned char input) unsigned char temp;for(temp=8;temp!=0;temp-) SDA=(bit)(input ,读8位数据,unsigned
8、 char Read8Bit() unsigned char temp,rbyte=0;for(temp=8;temp!=0;temp-) SCL=1;rbyte=rbyte1;rbyte=rbyte|(unsigned char)(SDA);SCL=0;return(rbyte); ,控制字 ，起始信号后必须是发送控制字。,控制字格式，高4位为器件识别符（不同的芯片有不同的定义，EEPROM一般应为1010），接着3位为片选，也就是三个地址位，最后1位为读写控制位，当为1时为读操作，为0时为写操作。,顺序读的操作： 下图给出的是顺序读的时序图。应当注意的是：最后一个读操作的第9个时钟周期不是
9、“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。,顺序读的操作时序图：,顺序写的操作： 与上读操作类似，区别是控制字末位的读写控制位变成0。,读写控制位为0,I2C总线协议 写数据到从机 主机发送器用10 位地址寻址从机接收器,主机发送器用8位地址寻址从机接收器,1nd BYTE,void Write24c02 (unsigned char *Wdata,unsigned char RomAddress,unsigned char number) Start();Write8Bit(WriteDeviceAddress)
10、; TestAck();Write8Bit(RomAddress);TestAck();for(;number!=0;number-) Write8Bit(*Wdata);TestAck();Wdata+;Stop();DelayMs(10); ,I2C总线协议 写数据到从机 主机发送器用8位地址寻址从机接收器,I2C总线协议读从机数据 主机接收器用8位地址寻址从机发送器,1nd BYTE,先启动一个写命令，发送地址给从机。 然后再次启动读命令，读数据。,void Read24c02(unsigned char *RamAddress,unsigned char RomAddress,unsi
11、gned char bytes) Start();Write8Bit(WriteDeviceAddress);TestAck();Write8Bit(RomAddress);TestAck();Start(); /再次启动Write8Bit(ReadDviceAddress);TestAck();while(bytes!=1) *RamAddress=Read8Bit();Ack();RamAddress+;bytes-;*RamAddress=Read8Bit();NoAck();Stop(); ,I2C总线协议 读从机数据 主机发送器用8位地址寻址从机接收器,在主程序中的调用读写子程序,v
12、oid main(void) Byte buf1=3,4,5,6,7,8;Byte buf2;Write24c02(buf1,0,6);Read24c02(buf2,0,6);if(buf11=buf21)LED1=0;if(buf12=buf22)LED2=0;if(buf13=buf23)LED3=0;if(buf14=buf24)LED4=0;while(1); ,I2C总线协议组合格式 : 主机用10 位地址寻址从机然后发送数据到这个从机并向这个从机读数据,I2C新发展恩智浦(NXP)公司扩展的I2C控制网络：,结束语I2C总线的应用中的注意事项 : 1）严格按照时序图的要求进行操作。
13、 2）总线必须上拉，即在没有控制时，总线为1。在与逻辑中理解为释放总线。 3）程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后，用NOP指令做一定的延时。,(2) 总线典型信号的模拟子程序,启动信号子程序STA STA： SETB P1.0 ；总线启动子程序SETB P1.1NOPNOPCLR P1.1NOPNOPCLR P1.0RET,附汇编语言模拟程序,终止信号子程序STOP,STOP： NOP ；停止子程序CLR P1.1SETB P1.0NOPNOPSETB P1.1NOPNOPCLR P1.0RET,附汇编语言模拟程序,发送应答位子程序MACK,MACK： CLR P1.1 ；应答子
14、程序 SETB P1.0 ；准备发送NOPNOPCLR P1.0SETB P1.1RET,附汇编语言模拟程序,发送非应答位子程序MNACK,MNACK： CLR P1.0CLR P1.1SETB P1.1 ；非应答子程序SETB P1.0 NOPNOPCLR P1.0CLR P1.1RET,附汇编语言模拟程序,（3）总线模拟传送的通用子程序,总线数据模拟传送的通用软件包除了上述基本的启动、停止、发送应答位和发送非应答位子程序外，还有应答位检查（CACK）、发送一个字节数据（WRBYT）、接收一个字节数据（RDBYT）、发送n个字节数据（WRNBYT）、接收n个字节数据（RDNBYT）子程序。,
15、附汇编语言模拟程序, 应答位检查子程序CACK,在应答位检查子程序（CACK）中，设置了标志位，CACK中用F0作标志位，当检查到正常应答位后，F0=0，否则F0=1。 CACK： SETB P1.1 ；设P1.1为输入 SETB P1.0 ；准备读CLR F0MOV A，P1；读P1.1JNB ACC.1，GEND ；判断有无应答SETB F0 ；P1.1为“1”，无应答，F0=1 GEND： CLR P1.0 ；P1.1为“0”，有应答，F0=0NOPRET, 发送一个字节数据（WRBYT）子程序,占用资源：R0，C。 WRBYT：MOV R0，#08H CLR P1.0 CLR C WL
16、P： RLC A JC WR1 AJMP WR2 WLP1： DJNZ R0，WLP RET,WR1：SETB P1.1 SETB P1.0NOPNOPCLR P1.0CLR P1.1AJMP WLP1 WR2：CLR P1.1 SETB P1.0NOPNOPCLR P1.0AJMP WLP1, 接收一个字节数据（RDBYT）子程序,RDBYT： MOV R0，#08H RLP： SETB P1.1 SETB P1.0 MOV A，P1 JNB ACC.1，RD0 AJMP RD1 RLP1： DJNZ R0，RLP RET RD0： CLR C MOV A，R2RLC AMOV R2，A C
17、LR P1.0 AJMP RLP1,RD1： SETB MOV A，R2 RLC A MOV R2，A CLR P1.0 AJMP RLP1, 发送n个字节数据（WRNBYT）子程序,WRNBYT：PUSH PSW MOV PSW，#18H MOV R3，NUMBYT LCALL STA MOV A，SLA LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，WRNBYT MOV R1，MTD WRDA： MOV A，R1 LCALL WRBYT LCALL CACK,LCALL WRBYT LCALL CACK JB F0，WRNBYT INC R1 DJNZ R3，WRDA LCAL
18、L STOP POP PSW RET, 读取n个字节数据（RDNBYT）子程序,RDNBYT：PUSH PSW MOV PSW，#18 MOV R3，NUMBYT LCALL STA MOV A，SLA LCALL WRBYT JB F0，RDNBYT RDN：MOVR1，#MRD RDN1：LCALL RDBY MOV R1，A DJNZ R3，ACK LCALL MNACK LCALL STOP,POP PSWRET ACK: LCALL MACKINC R1 SJMP RDN1,第一篇 AD/DA-PCF8591,（1）AIN0AIN3：模拟输入端； （2）VSS：电源地线； （3）A0
19、A2：地址输入端； （4）SDA：总线数据线； （5）SCL：总线的时钟输入端； （6）OSC：外部时钟输入端/内部时钟输出端； （7）EXT：时钟选择端。为1时，用外部时钟；为0时，用内部时钟； （8）AGND：模拟信号地； （9）VREF：基准电源输入端； （10）AOUT：D/A转换模拟,1. PCF8591的主要特性与引脚功能,2PCF8591的结构与应用原理,控制寄存器其控制字格式如下： D1、D0=00时：模拟量输入通道选择0通道 D1、D0=01时：模拟量输入通道选择1通道 D1、D0=10时：模拟量输入通道选择2通道 D1、D0=11时：模拟量输入通道选择3通道,D2：自动增量
20、选择位，此位有效，A/D转换通道自动循环递增，每次A/D转换结束都自动选择下一通道。 D3、D7：标志位，必须设置为“0”。 D5、D4：模拟量输入方式选择，分别为4路单端输入、3路差分输入、单端与差分混合、两路差分输入4种方式。,D6：模拟量输出允许位，D6=1时激活模拟量输出,3PCF8591的数据操作格式,（1）DAC数据操作格式 S：总线的启始信号（电平由高到低）； SLAW：总线的8位寻址字节（写）； A：应答信号（低电平）； CONBYT：PCF8591的控制字，D/A转换时控制字D6位置1； DATA0DATAn：待转换的二进制数； P：总线的终止信号（电平由低到高）。,（2）A
21、DC数据操作格式,S：总线的启始信号； SLAW：总线的8位寻址字节（写）； A：应答信号； CONBYT：PCF8591的控制字； SLAR：总线的8位寻址字节（读）； DATA0DATAn：A/D转换的结果； ：非应答信号（高电平）； P：总线的终止信号。,4PCF8591与8051的接口电路,5. 程序,SLAW0 EQU 90H SLAR0 EQU 91H COMMAND0EQU 40H ORG 0100H MAIN： MOV SP，#70H MOV SLA，#SLAR0MOV NUMBYT，#01HLCALL RDNBYTMOV 31H，MRDMOV MTD，#COMMAND0MOV SLA，#SLAW0MOV NUMBYT，#02HLCALL WRNBYTLJMP MAIN,从通道0采集A/D信号，再通过D/A转换器将信号输出的程序如下：,
