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单片机的I2C总线与MAX517与数据通信

摘要:介绍了I2C总线的特点及数据通信的基本协议,并以AT89C51单片机与美国MAXIM公司的8位电压输出DAC数模转换器MAX517之间的通信为例,详细介绍了通过I2C总线进行数据通信的具体硬件电路连接和其通信子程序的编程方法。

关键词:I2C总线;AT89C51;MAX517;数据通信

1 I2C总线的特点及基本通信协议

I2C总线是Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线串行数据线和串行时钟线即可使连接于总线上的器件之间实现信息传送,同时可通过对器件进行软件寻址,而不是对硬件进行片选寻址的方式来节约通信线数目,从而减少了硬件所占空间。因为总线已集成在片内,所以大大缩短了设计时间,此外,在从系统中移去或增加集成电路芯片时,对总线上的其它集成芯片没有影响。

1.1 I2C总线的主要特点

I2C总线通常由两根线构成:串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL);总线上所有的器件都可以通过软件寻址,并保持简单的主从关系,其中主器件既可以作为发送器,又可以作为接收器;

I2C总线是一个真正的多主总线,它带有竞争监测和仲裁电路。当多个主器件同时启动设备时,总线系统会自动进行冲突监测及仲裁,从而确保了数据的正确性;

I2C总线采用8位、双向串行数据传送方式,标准传送速率为100kB/s,快速方式下可达400kB/s;同步时钟可以作为停止或重新启动串行口发送的握手方式;连接到同一总线的集成电路数目只受400pF的最大总线电容的限制。

1.2 I2C总线数据通信基本协议

利用I2C总线进行数据通信时,应遵守如下基本操作:

(1)总线应处于不忙状态,当数据总线(SDA)和时钟总线(SCL)都为高电平时,为不忙状态;

(2)当SCL为高电平时,SDA电平由高变低时,数据传送开始。所有的操作必须在开始之后进行;

(3)当SCL为高电平时,SDA电平由低变为高时,数据传送结束。在结束条件下,所有的操作都不能进行;

(4)数据的有效转换开始后,当时钟线SCL为高电平时,数据线SDA必须保持稳定。若数据线SDA改变时,必须在时钟线SCL为低电平时方可进行。


2 AT89C51与MAX517的I2C数据通信

2.1 MAX517简介

MAX517是MAXIM公司生产的8位电压输出型DAC数模转换器,它带有I2C总线接口,允许多个设备之间进行通讯。

MAX517采用单5V电源工作。该芯片的引脚图见图1所示。各引脚的具体说明如下:

1脚(OUT):D/A转换输出端;

2脚(GND):接地;

3脚(SCL):时钟总线;

4脚(SDA):数据总线;

5、6脚(AD1,AD0):用于选择哪个D/A通道的转换输出由于MAX517只有一个D/A,所以,使用时,这两个引脚通常接地。

7脚(VCC):电源;

8脚(REF):参考。

2.2 MAX517的工作时序

图3

    图2是MAX517的一个完整的转换时序。首先应给MAX517一个地址位字节。MAX517在收到地址字节位后,会给AT89C51一个应答信号。然后,在给MAX517一个控制位字节,MAX517收到控制位字节位后,再给AT89C51发一个应答信号。之后,MAX517便可以给AT89C51发送8位的转换数据(一个字节)。AT89C51收到数据之后,再给MAX517发一个应答信号。至此,一次转换过程完成。

MAX517的一个地址字节格式如下:
BIT7
BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0
0
1011AD1AD00

其中,前三位010出厂时已设定。对于MAX517,BIT4和BIT3这两位应取为1。因为一个AT89C51上可以挂4个MAX517,而具体是对哪一个MAX517进行操作,则由AD1、AD0的不同取值来控制。

MAX517的控制字节格式如下:
BIT7
BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0
R2
R1R0RSTPDXXA0

在该字节格式中,R2、R1、R0已预先设定为0;RST为复位位,该位为1时复位所有的寄存器;PD 为电源工作状态位,为1时,MAX517工作在4μA的休眠模式,为0时,返回正常的操作状态;A0为地址位,对于MAX517,该位应设置为0。

2.3 MAX517与AT89C51的硬件连接

AT89C51是ATMEL公司的89系列单片机的一种电路,是市面上应用相当广泛的一种产品。

图3所示为MAX517与AT89C51的硬件连接电路。该硬件电路中,采用MAX813作为看门狗电路,既可自动复位,也可手工复位。利用该电路可以用数码管来显示0-255个数字量,图中,采用MAX7219作为数码驱动电路,若将MAX517的输出引脚连接到示波器上,还可以显示相应的模拟电压的变化情况。

3 MAX517与AT89C51的通信子程序

该系统应将MAX517作为从设备,AT89C51作为主设备。首先主设备向从设备发送一个地址字节58H,之后从设备则发一个应答信号,主设备接到应答后,再发给从设备一个控制字节00H,当从设备接到该控制字节后,再发给主设备一个应答。之后主设备便可发给从设备要转换的8位数据。其工作流程图见图4所示。具体的程序代码如下:

程序开始时,定义P1.6,P1.7为SDA,SCL;

//起始条件子函数

void Start(void)

{

SDA=1;

SCL=1;

NOP;

SDA=0;

NOP;

}

//停止条件子函数

void Stop(void)

{

SDA=0;

SCL=1;

NOP;

SDA=1;

NOP;

}

//应答子函数

void Ack(void)

{

SDA=0;

NOP;

SCL=1;

NOP;

SCL=0;

}

//发送数据子程序,Data为要发送的数据

void Send(uchar Data)

{

uchar BitCounter=8; //位数控制

uchar temp; //中间变量控制

do{

temp=Data;

SCL=0;

NOP;

if((temp&0x80)==0x80)

//如果最高位是1

SDA=1;

else

SDA=0;

SCL=1;

temp=Data<<1; //左移

Data=temp;

BitCounter--;

}while(BitCounter);

SCL=0;

}

//读一个字节的数据,并返回该字节值

uchar Read(void)

{

uchar temp=0;

uchar temp1=0;

uchar BitCounter=8;

SDA=1;

do{

SCL=0;

NOP;

SCL=1;

NOP;

if(SDA) //如果SDA=1

temp=temp|0x01;

else

temp=temp&0xfe;

if(BitCounter-1)

{

temp1=temp<<1;

temp=temp1;

}

BitCounter--;

}while(BitCounter);

return(temp);

}

4 结束语

由于该系统可通过单片机给MAX517发送0-255的数字量,并且可用数码管显示,同时,用示波器还可观测相应的电压变化,直观性非常好。同样,该程序对单片机与MAX518、MAX519等的通信都具有参考价值。