单片机应用_I2C总线.ppt

单片机应用设计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(InterIntegratedCircuit)总线：它是PHILIPS公司开发的双向两线制串行总线，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。,2.1I2C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，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：,2.2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）VoidI2CStart(void)SDA=1;/释放数据线SomeNOP();/延时SCL=1;/时钟线拉高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）voidI2CStop(void)SDA=0;SomeNOP();SCL=1;SomeNOP();SDA=1;SomeNOP();,/*I2C的应答程序*/,voidACK(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();voidNACK(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,bitTestAck()bitErrorBit;SDA=1;SCL=1;ErrorBit=SDA;SCL=0;return(ErrorBit);,写8位数据,bitWrite8Bit(unsignedcharinput)unsignedchartemp;for(temp=8;temp!=0;temp-)SDA=(bit)(input,读8位数据,unsignedcharRead8Bit()unsignedchartemp,rbyte=0;for(temp=8;temp!=0;temp-)SCL=1;rbyte=rbyte1;rbyte=rbyte|(unsignedchar)(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“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,1ndBYTE,voidWrite24c02(unsignedchar*Wdata,unsignedcharRomAddress,unsignedcharnumber)Start();Write8Bit(WriteDeviceAddress);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,1ndBYTE,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。,voidRead24c02(unsignedchar*RamAddress,unsignedcharRomAddress,unsignedcharbytes)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,voidmain(void)Bytebuf1=3,4,5,6,7,8;Bytebuf2;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。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STASTA：SETBP1.0；总线启动子程序SETBP1.1NOPNOPCLRP1.1NOPNOPCLRP1.0RET,附汇编语言模拟程序,终止信号子程序STOP,STOP：NOP；停止子程序CLRP1.1SETBP1.0NOPNOPSETBP1.1NOPNOPCLRP1.0RET,附汇编语言模拟程序,发送应答位子程序MACK,MACK：CLRP1.1；应答子程序SETBP1.0；准备发送NOPNOPCLRP1.0SETBP1.1RET,附汇编语言模拟程序,发送非应答位子程序MNACK,MNACK：CLRP1.0CLRP1.1SETBP1.1；非应答子程序SETBP1.0NOPNOPCLRP1.0CLRP1.1RET,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。,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：SETBP1.1；设P1.1为输入SETBP1.0；准备读CLRF0MOVA，P1；读P1.1JNBACC.1，GEND；判断有无应答SETBF0；P1.1为“1”，无应答，F0=1GEND：CLRP1.0；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：MOVR0，#08HCLRP1.0CLRCWLP：RLCAJCWR1AJMPWR2WLP1：DJNZR0，WLPRET,WR1：SETBP1.1SETBP1.0NOPNOPCLRP1.0CLRP1.1AJMPWLP1WR2：CLRP1.1SETBP1.0NOPNOPCLRP1.0AJMPWLP1,接收一个字节数据（RDBYT）子程序,RDBYT：MOVR0，#08HRLP：SETBP1.1SETBP1.0MOVA，P1JNBACC.1，RD0AJMPRD1RLP1：DJNZR0，RLPRETRD0：CLRCMOVA，R2RLCAMOVR2，ACLRP1.0AJMPRLP1,RD1：SETBMOVA，R2RLCAMOVR2，ACLRP1.0AJMPRLP1,发送n个字节数据（WRNBYT）子程序,WRNBYT：PUSHPSWMOVPSW，#18HMOVR3，NUMBYTLCALLSTAMOVA，SLALCALLWRBYTLCALLCACKJBF0，WRNBYTMOVR1，MTDWRDA：MOVA，R1LCALLWRBYTLCALLCACK,LCALLWRBYTLCALLCACKJBF0，WRNBYTINCR1DJNZR3，WRDALCALLSTOPPOPPSWRET,读取n个字节数据（RDNBYT）子程序,RDNBYT：PUSHPSWMOVPSW，#18MOVR3，NUMBYTLCALLSTAMOVA，SLALCALLWRBYTJBF0，RDNBYTRDN：MOVR1，#MRDRDN1：LCALLRDBYMOVR1，ADJNZR3，ACKLCALLMNACKLCALLSTOP,POPPSWRETACK:LCALLMACKINCR1SJMPRDN1,第一篇AD/DA-PCF8591,（1）AIN0AIN3：模拟输入端；（2）VSS：电源地线；（3）A0A2：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）ADC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：PCF