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MAX517與單片機(jī)的I2C總線數(shù)據(jù)通信
摘要：介紹了I2C總線的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)通信的基本協(xié)議，并以AT89C51單片機(jī)與美國MAXIM公司的８位電壓輸出ＤＡＣ數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX517之間的通信為例，詳細(xì)介紹了通過I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的具體硬件電路連接和其通信子程序的編程方法。關(guān)鍵詞：I2C總線；AT89C51；MAX517；數(shù)據(jù)通信
１ Ｉ２Ｃ總線的特點(diǎn)及基本通信協(xié)議
Ｉ２Ｃ總線是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線?串行數(shù)據(jù)線和串行時鐘線?即可使連接于總線上的器件之間實現(xiàn)信息傳送，同時可通過對器件進(jìn)行軟件尋址，而不是對硬件進(jìn)行片選尋址的方式來節(jié)約通信線數(shù)目，從而減少了硬件所占空間。因為總線已集成在片內(nèi)，所以大大縮短了設(shè)計時間，此外，在從系統(tǒng)中移去或增加集成電路芯片時，對總線上的其它集成芯片沒有影響。(范文先生網(wǎng)www.baimashangsha.com收集整理)
１．１ Ｉ２Ｃ總線的主要特點(diǎn)
Ｉ２Ｃ總線通常由兩根線構(gòu)成：串行數(shù)據(jù)線（ＳＤＡ）和串行時鐘線（ＳＣＬ）；總線上所有的器件都可以通過軟件尋址，并保持簡單的主從關(guān)系，其中主器件既可以作為發(fā)送器，又可以作為接收器；
Ｉ２Ｃ總線是一個真正的多主總線，它帶有競爭監(jiān)測和仲裁電路。當(dāng)多個主器件同時啟動設(shè)備時，總線系統(tǒng)會自動進(jìn)行沖突監(jiān)測及仲裁，從而確保了數(shù)據(jù)的正確性；
Ｉ２Ｃ總線采用８位、雙向串行數(shù)據(jù)傳送方式，標(biāo)準(zhǔn)傳送速率為１００ｋＢ／ｓ，快速方式下可達(dá)４００ｋＢ／ｓ；同步時鐘可以作為停止或重新啟動串行口發(fā)送的握手方式；連接到同一總線的集成電路數(shù)目只受４００ｐＦ的最大總線電容的限制。
１．２ Ｉ２Ｃ總線數(shù)據(jù)通信基本協(xié)議
利用Ｉ２Ｃ總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，應(yīng)遵守如下基本操作：
（１）總線應(yīng)處于不忙狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)總線（ＳＤＡ）和時鐘總線（ＳＣＬ）都為高電平時，為不忙狀態(tài)；
（２）當(dāng)ＳＣＬ為高電平時，ＳＤＡ電平由高變低時，數(shù)據(jù)傳送開始。所有的操作必須在開始之后進(jìn)行；
（３）當(dāng)ＳＣＬ為高電平時，ＳＤＡ電平由低變?yōu)楦邥r，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。在結(jié)束條件下，所有的操作都不能進(jìn)行；
（４）數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)換開始后，當(dāng)時鐘線ＳＣＬ為高電平時，數(shù)據(jù)線ＳＤＡ必須保持穩(wěn)定。若數(shù)據(jù)線ＳＤＡ改變時，必須在時鐘線ＳＣＬ為低電平時方可進(jìn)行。
２ AT89C51與MAX517的I2C數(shù)據(jù)通信
２．１ ＭＡＸ５１７簡介
ＭＡＸ５１７是ＭＡＸＩＭ公司生產(chǎn)的８位電壓輸出型ＤＡＣ數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它帶有Ｉ２Ｃ總線接口，允許多個設(shè)備之間進(jìn)行通訊。
ＭＡＸ５１７采用單５Ｖ電源工作。該芯片的引腳圖見圖１所示。各引腳的具體說明如下：
１腳（ＯＵＴ）：Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換輸出端；
２腳（ＧＮＤ）：接地；
３腳（ＳＣＬ）：時鐘總線；
４腳（ＳＤＡ）：數(shù)據(jù)總線；
５、６腳（ＡＤ１，ＡＤ０）：用于選擇哪個Ｄ／Ａ通道的轉(zhuǎn)換輸出?由于ＭＡＸ５１７只有一個Ｄ／Ａ，所以，使用時，這兩個引腳通常接地。
７腳（ＶＣＣ）：電源；
８腳（ＲＥＦ）：參考。
２．２ ＭＡＸ５１７的工作時序
圖3
圖２是ＭＡＸ５１７的一個完整的轉(zhuǎn)換時序。首先應(yīng)給ＭＡＸ５１７一個地址位字節(jié)。ＭＡＸ５１７在收到地址字節(jié)位后，會給ＡＴ８９Ｃ５１一個應(yīng)答信號。然后，在給ＭＡＸ５１７一個控制位字節(jié)，ＭＡＸ５１７收到控制位字節(jié)位后，再給ＡＴ８９Ｃ５１發(fā)一個應(yīng)答信號。之后，ＭＡＸ５１７便可以給ＡＴ８９Ｃ５１發(fā)送８位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（一個字節(jié)）。ＡＴ８９Ｃ５１收到數(shù)據(jù)之后，再給ＭＡＸ５１７發(fā)一個應(yīng)答信號。至此，一次轉(zhuǎn)換過程完成。
ＭＡＸ５１７的一個地址字節(jié)格式如下：
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 0 1 0 1 1 AD1 AD0 0其中，前三位０１０出廠時已設(shè)定。對于ＭＡＸ５１７，ＢＩＴ４和ＢＩＴ３這兩位應(yīng)取為１。因為一個ＡＴ８９Ｃ５１上可以掛４個ＭＡＸ５１７，而具體是對哪一個ＭＡＸ５１７進(jìn)行操作，則由ＡＤ１、ＡＤ０的不同取值來控制。
ＭＡＸ５１７的控制字節(jié)格式如下：
BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 R2 R1 R0 RST PD X X A0在該字節(jié)格式中，Ｒ２、Ｒ１、Ｒ０已預(yù)先設(shè)定為０；ＲＳＴ為復(fù)位位，該位為１時復(fù)位所有的寄存器；ＰＤ 為電源工作狀態(tài)位，為１時，ＭＡＸ５１７工作在４μＡ的休眠模式，為０時，返回正常的操作狀態(tài)；Ａ０為地址位，對于ＭＡＸ５１７，該位應(yīng)設(shè)置為０。
２．３ ＭＡＸ５１７與ＡＴ８９Ｃ５１的硬件連接
ＡＴ８９Ｃ５１是ＡＴＭＥＬ公司的８９系列單片機(jī)的一種電路，是市面上應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種產(chǎn)品。
圖３所示為ＭＡＸ５１７與ＡＴ８９Ｃ５１的硬件連接電路。該硬件電路中，采用ＭＡＸ８１３作為看門狗電路,既可自動復(fù)位，也可手工復(fù)位。利用該電路可以用數(shù)碼管來顯示０－２５５個數(shù)字量,圖中,采用ＭＡＸ７２１９作為數(shù)碼驅(qū)動電路,若將ＭＡＸ５１７的輸出引腳連接到示波器上，還可以顯示相應(yīng)的模擬電壓的變化情況。
３ MAX517與AT89C51的通信子程序
該系統(tǒng)應(yīng)將ＭＡＸ５１７作為從設(shè)備，ＡＴ８９Ｃ５１作為主設(shè)備。首先主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送一個地址字節(jié)５８Ｈ，之后從設(shè)備則發(fā)一個應(yīng)答信號，主設(shè)備接到應(yīng)答后，再發(fā)給從設(shè)備一個控制字節(jié)００Ｈ，當(dāng)從設(shè)備接到該控制字節(jié)后，再發(fā)給主設(shè)備一個應(yīng)答。之后主設(shè)備便可發(fā)給從設(shè)備要轉(zhuǎn)換的８位數(shù)據(jù)。其工作流程圖見圖４所示。具體的程序代碼如下：
程序開始時，定義Ｐ１．６，Ｐ１．７為ＳＤＡ，ＳＣＬ；
／／起始條件子函數(shù)
ｖｏｉｄ Ｓｔａｒｔ（ｖｏｉｄ）
{
ＳＤＡ＝１；
ＳＣＬ＝１；
ＮＯＰ；
ＳＤＡ＝０；
ＮＯＰ；
}
／／停止條件子函數(shù)
ｖｏｉｄ Ｓｔｏｐ(ｖｏｉｄ)
{
ＳＤＡ＝０;
ＳＣＬ＝１;
ＮＯＰ;
ＳＤＡ＝１;
ＮＯＰ;
}
／／應(yīng)答子函數(shù)
ｖｏｉｄ Ａｃｋ(ｖｏｉｄ)
{
ＳＤＡ＝０;
ＮＯＰ;
ＳＣＬ＝１;
ＮＯＰ;
ＳＣＬ＝０;
}
／／發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，Ｄａｔａ為要發(fā)送的數(shù)據(jù)
ｖｏｉｄ Ｓｅｎｄ(ｕｃｈａｒ Ｄａｔａ)
{
ｕｃｈａｒ ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ＝８; ／／位數(shù)控制
ｕｃｈａｒ ｔｅｍｐ; ／／中間變量控制
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;
}
／／讀一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，并返回該字節(jié)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 結(jié)束語
由于該系統(tǒng)可通過單片機(jī)給ＭＡＸ５１７發(fā)送０－２５５的數(shù)字量，并且可用數(shù)碼管顯示，同時，用示波器還可觀測相應(yīng)的電壓變化，直觀性非常好。同樣，該程序?qū)纹瑱C(jī)與ＭＡＸ５１８、ＭＡＸ５１９等的通信都具有參考價值。
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