I2C总线接口电路设计.doc

I2C总线接口电路设计教案吉林工业职业技术学院教师课时计划序 号专业及班级电子3041授课类型5授课日期讲授课题第5讲 I2C总线接口电路设计教学目的1. 理解I2C总线协议规则；2. 掌握使用单片机的I/O口模拟I2C总线与 AT24C64的硬件连接方法及AT24C64读写汇编程序的编制。重点与难点1. AT24C64读/写格式时序2. 使用单片机的I/O口模拟I2C总线进行读/写AT24C64的汇编程序编制时间（分）内 容 及 教 授 方 法教 具52030105组织教学、复习旧课、导入新课I2C总线特点、数据传输格式与时序常用I2C总线接口器件（AT24C64、ADS1110）STC89C51读写AT24C64的电路设计小结、作业课后记录少数学生对AT24C64读/写时序理解的不太好检查意见 签字:吉林工业职业技术学院教师授课内容复习旧课：电子电路设计概述导入新课：本次课主要讲授I2C总线接口电路设计的相关内容。新课教学：第5讲 I2C总线接口电路设计一、I2C总线协议1I2C总线概述I2C ( Inter-IC）总线是英文INTER IC Bus或IC TO IC Bus 的简称，最早由Philips公司推出，是近年来在微电子、通信、控制领域广泛使用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C对系统设计及仪器制造非常有利，因为它可简化电路，可提高仪器仪表设备的可靠性，可解决控制电路设计时遇到的接口资源少的问题。 I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行8位双向串行数据传输时，其位速率在标准模式下可达100kbit/s ，快速模式下可达400kbit/s ，高速模式下可达3.4Mbit/s在I2C总线上可同时接有多个I2C总线器件，每个接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址，通过地址来识别通信对象，使它们经由I2C总线互相直接通信。I2C总线的数据传输是由主机控制。主机发出的控制信息包含地址码和数据码两部分：地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定总线上通信的器件；数据码是通信的内容。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不干扰。2I2C总线的电气特性与结构 I2C器件与I2C总线的连接如图2-4所示。图2-4 I2C器件与I2C总线的连接3I2C总线数据传输时序在传输数据开始前，主控器件发送起始位，通知从接收器件作好接收准备；在传输数据结束时，主控器件发送停止位，通知从接收器件停止接收。（1）I2C总线的起始位与停止位起始位与停止位的时序条件如图2-7所示。图2-5 起始位与停止位时序条件START位：当SCL线在高位时，SDA 线由高转换至低。 STOP位：当SCL 线在高位时，SDA 线由低转换至高。（2）I2C总线的数据位与确认位SDA线上的数据在时钟SCL高位时必须稳定。数据线上高低状态只有当 SCL 线的时钟信号为低电平时才可变换，如图2-6所示。图2-6 I2C总线中的有效数据位输出到SDA 线上的每个字节必须是8位，每次传输的字节不受限制，每个字节必须有一个确认位（又称应答位），如图2-7所示。图2-7 I2C总线中的确认位（3）I2C总线数据传输时序I2C总线在起始位后的首字节决定哪个被控器被主控器选择。当主控器输出一个地址时，系统中的每一器件都将起始位后的前七位地址和自己的地址进行比较，如果相同，该器件认为自己被主控器寻址。该器件是作为被控接收器还是被控发送器则取决于第8位（R/W位）。I2C总线数据传输时序如图2-8所示。图2-8 I2C总线数据传输时序4单片机I/O口模拟I2C总线时序大多数51系列单片机没有设计专门的I2C接口硬件电路，可以利用I/O口用软件模拟I2C总线时序。用单片机I/O口模拟I2C总线的优点是不增加硬件成本，但占用CPU资源，因而此方法常常应用在一些要求不高的场合。二、常用I2C总线接口器件1AT24C64 AT24C64是一种串行EEPROM芯片，容量为8KB，I2C总线接口。具有功耗小，电源电压宽（1.8 V5.0V )等特点。AT24C64芯片引脚排列及功能如图2-9所示。 图2-9 AT24C64芯片引脚排列及功能A2、A1、A0：地址码用于选择器件（多个24C64相连时） WP：硬件写允许控制端。低电平允许写，高电平禁止写（1）AT24C64器件地址格式（2）AT24C64单字节写命令格式（3）AT24C64页写节命令格式（4）AT24C64单字节读（当前地址）命令格式（5）AT24C64随机读（地址为n）1字节命令格式（6）AT24C64连续读（当前地址为n）字节命令格式2ADS1110ADS1110为16位差分输入、带有片内电压基准及连续自校准的精密模/数转换器。为小型SOT23-6封装，兼容的I2C接口，片内基准电压为2.048V，可在2.7V 至5.5V 的单电源下工作ADS1110可每秒采样15、30、60或240次以进行转换。片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益。典型应用于便携式仪器、工业过程控制和小型发送器（1）ADS1110功能框图与引脚图如图2-10所示。 图2-10 ADS1110功能框图与引脚图（2）ADS1110的I2C接口ADS1110通过一个内部集成的I2C接口电路通信。ADS1110不能驱动SCL，因此ADS1110不能用作主机，SCL只是一个输入端。（3）ADS1110的I2C地址ADS1110的I2C地址是1001aaa，其中aaa是出厂时的默认设置。三、STC89C51读写AT24C64接口电路设计1硬件电路STC89C51使用P0.0、P0.1引脚模拟I2C总线。STC89C51与 AT24C64硬件连接电路如图2-11所示。图2-11 STC89C51与AT24C64硬件连接电路2软件实现STC89C51读写AT24C64汇编程序见“附录”。小结：1I2C总线数据传输格式与时序；2AT24C64读写格式； 3STC89C51读写AT24C64汇编程序。作业： 1阅读STC89C51读写AT24C64汇编程序；2网上查找AT24C64、ADS1110等芯片资料。.主机：即启动数据传送的设备，它发出启动信号，发出时钟信号，传送结束时发出停止信号。通常，主机是微处理器，被主机寻访的设备都称为从机。开始和停止位由主控器产生数据传送必须有确认位。与确认位对应的时钟脉冲由主控器产生，发送器在应答期间必须下拉SDA线，如单片机与具有I2C接口芯片的数据传输过程中，单片机始终是主控器，参与主接收和主发送两种数据传输过程。AT24C64片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加1 ，故装载一页以内规定数据字节时，只须输入首地址。“”：无效位；“”：T24C32时为无效位，AT24C64时为有效位。ADS1110有8种不同的类型，每种类型都有一个不同的I2C地址。例如ADS1110A0的地址为1001000； DS1110A3的地址为1001011。附录：;=;STC89C51读写AT24C64汇编程序;=BITCNT EQU 42HSDADREQU 40HSDABIT P0.1SCLBIT P0.0ORG 0000HJMP MAINORG 0100HMAIN:MOV R7, #01010101BACALL WRITE_AT24C64ACALL DELAYACALL READ_AT24C64MOV P3, AACALL DELAY;ACALL 显示、键盘子程序JMP MAIN ;=DELAY:MOV R6, #0FFHDELAY0:MOV R5, #0FFHDELAY1: DJNZ R5, DELAY1DJNZ R6, DELAY0RET;=WRITE_AT24C64:ACALL START ;发送起始条件MOV A, #0A0H ;AT24C64总线地址ACALL SENTBYTE ;发送AT24C64器件总线地址JBF0, SENDRETURN ;出错返回MOVR0, #SDADR ;取存储地址MOVA, R0ACALL SENTBYTEJBF0, SENDRETURNINC R0MOVA, R0ACALL SENTBYTEJBF0, SENDRETURNMOV A, R7ACALL SENTBYTE ;发送一次数据JBF0, SENDRETURN;出错返回ACALL STOP;发送停止条件DELAY10: MOVR4, #30H;延时10mS等待数据写完DELAY11:MOVR3, #34HDJNZR3, $DJNZR4, DELAY11SENDRETURN:RET;=READ_AT24C64:;读AT24C64ACALL START ;发送IC总线起始条件MOV A, #0A0HACALL SENTBYTE ;AT24C64总线地址JBF0, RCVRETURN ;出错返回MOV R0, #SDADR ;取存储地址MOV A, R0ACALL SENTBYTE ;发送AT24C64器件总线地址JB F0, SENDRETURN;出错返回INC R0MOV A, R0ACALL SENTBYTE ;发送AT24C64器件总线地址JB F0, SENDRETURNACALL START;发送IC总线重复起始条件MOV A, #0A0H;AT24C64总线地址SETB ACC.0;取总线读操作数ACALL SENTBYTE ;发送被控制总线地址JB F0, RCVRETURN ;出错返回ACALL RCVBYTE;接收数据RCVRETURN:RET;=START:SETBSDA ;发送起始条件的数据信号NOPSETB SCL;发送起始条件的时钟信号NOPCLR SDA ;发送起始信号NOPCLR SCL;准备发送或接收数据RET;=STOP:CLR SDA ;发送停止条件的数据信号NOPSETB SCL ;发送停止条件的时钟信号NOPSETBSDA ;发送总线停止信号NOPRET ;=SENTBYTE: ;送数8位MOV BITCNT,#08HSENTB:RLC A ;要发送的数据左移，发送入位CMOVSDA, CSETBSCL;置时钟线为高，通知被控制开始接收数据位CLRSCL ;准备接收下一个数据位DJNZBITCNT,SENTB ;8位没发送完继续发送SETBSDA;8位发送完后释放数据线准备收应答位SETBSCL;开始接收应答信号CLR F0;预先清发送数据出错标志JNBSDA, ACKEND;判断是否接收应答信号正常转ACKENDSETBF0;未收到应答置位错误标志ACKEND:CLRSCL;发送结束准备下次发送或接收数据RET;=RCVBYTE:SETBSDA ;置数据线为输