嵌入式开发-单片机从入门到精通系列讲座-I2C总线AT24C02模块驱动.pdf

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1、技术讲座 本刊套件供应：0 2 0 8 7 3 8 2 7 2 7 单片机从入门到精通系列讲座 I 2 C总线 A T 2 4 C 0 2模块驱动 赵亮 本讲将要介绍的是一个相对独立的模块，与上几 讲没有太多的联 系，只是最后为了验证试验结果，用到 了数码管显示模块，直接调用以前的函数模块即可。5 1 单片机内部的 R O M用来存储程序，R A M掉电之后数 据就丢失了，因此一些实验过程中的数据就没有办法 保存，一种解决方法是采用掉电不丢失的 R A M(非易失 性 R A M)，还有一种方法就是加入 E E P R O M存储器，可 以保证掉电数据不丢失。因此，在很多数据记录相关的 场合中

2、都有很广泛的引用，值得学习和研究。一、原理简介 A T 2 4 C 0 2是美国 A T ME L公司的低功耗 C MO S串 行 E E P R O M，它是内含 2 5 6 8位存储空间，具有工作 电压宽(2 5 5 5 V)、擦写次数多(大于 1 0 0 0 0次)、写入 速度快(小于 1 0 ms)等特点。其外部引脚如图 1 所示，引 脚功能如下：A 0：地址引脚 0 A1：地址引脚 1 A 2：地址引脚 2 G N D：地线引脚 S D A：I 2 C串行数据线 S C L：I 2 C串行时钟线 wP：写保护引脚 V C C：电源引脚 D O D1 D2 I)3 V0 图 1 2 显

3、然，很好地实现了这个转换为目标。从这个例子 可以看出，要想精确地实现 D A转换，首先电阻值要准 确。一般要选用精度较高的金属膜电阻，再就是输入电 压要准确。提供 D O 3的电路可以是开关电路、数字电 路，也可以是单片机电路或其它电路。图 l 3是一个使 用开关 电路制作的数控 电源。l I1 图 1 3中，R 3 与 R 4对稳压管稳压获得的不太准确 的 一 7 V电压进行分压，获得准确的 一 5 V电压，经过 U 4 隔离后供 D A作为输入电压。s ，为四个开关，分别代 表四位二进制数的四个位，如果某位为 1 或 0，则相 应 的开关要闭合或断关，这样就可 以通过手动 的方法 输入数字

4、信号了。以U 3为主的电路为 D A电路，R f 值为 4 0 K，是因 为输入电压为 一 5 V，故要将电阻扩大 5 倍。为了使电路 能输 出 0-1 5 V的电压(调节 最小梯度 为 l V)，+V i 略高 于+1 8 V，一 V i 应略低于 一 1 8 V，所有运算放大器都要 由 这两个 电源进行双 电压供 电，以保证有足够 的负 电压 动态范围。U l 最好选择输 出电压低一些的，如 L M3 1 7、L M7 8 0 5等。用数字电路或单片机电路 很容易实现 s 的输入功能。因 此这一 电路可 以配合 数字电路 和单片机 电路来进行设计，以获 得更好的使用功能。本期介绍 了可控

5、稳压 电源 的设计 方法，与上 期的“独立稳 压 电源一样”，这些都是对稳压 电源进行功 能上的设计。从下一 期开始，我们要 涉及稳压电源的 性能设 计。圈 2 0 0 8年第 1 O 期 电子翻作 6 1 维普资讯 http:/ 技术讲座 图】A 1、2 4 C 0 2 的外部引脚分配 时钟线)两根线在连 到 总线上的器件之间传送 信息，并根据地址识别每个器件：不管是单片机、存储 器、L C D驱动器还是键盘接 口：I 2 C总线 的数据传送格式是：在 I 2 C总线开始信号 后，送出的第一个字节数据是用来选择从器件地址的，其中前 7 位为地址码，第 8 位为方向位(R W)。方向位为“0”

6、表示发送，即主器件把信息写到所选择的从器件；方向位为“I”表示主器件将从从器件读信息。开始信号 后，系统中的各个器件将 自己的地址和主器件送到总 线上的地址进行比较，如果与主器件发送到总线 上的 地址一致，则该器件即为被主器件寻址的器件，其接收 信息还是发送信息则由第 8位(R W)确定。在 F C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一 个字节必须为 8 位，而且每个传送的字节后面必须跟 一个认可位(第 9位)，也叫应答位(A C K)。数据 的传送 接收到每个字节后都会作出响应，即释放 S C L线返回 高电平，准备接收下一个数据字节，主器件可继续传 送。如果从器件正在处理一个实时事件而不能

7、接收数 据时，可以使时钟 S C L线保持低电平，从器件必须使 S D A保持高电平，此时主器件产生 1 个结束信号，使传 送异常结束，迫使主器件处于等待状态。当从器件处理 完毕时将释放 S C L线，主器件继续传送。当主器件发送完一个字节的数据后，接着发出对 应于 S C L线 上的一个时钟(A C K)认可位，在此时钟内 主器件释放 S D A线，一个字节传送结束，而从器件的响 应信号将 S D A线拉成低电平，使 S D A在该时钟的高电 平期间为稳定的低电平：从器件的响应信号结束后，S D A线返回高电平，进入下一个传送周期。二、硬件电路 硬件电路图如图 3所示，A T 2 4 C 0

8、 2模块加上数码 管显示模块。注意 F C总线需要加入 5 1 k的上拉电阻，否则总线将 不稳定，容易引起数据误传；同时在 A T 2 4 C 0 2的电源和地就近 加入一 个 1 0 4退耦 电容，消 S D A S O L 过程如图 2 所示：每次都是先传最高位，通常从器件在 网2 一次完裙的数据传输讨稗 T R 2 R c L K 5 I 升 一 2 8 0 0 R 广 广 广 I I I I l I l l 盐 sIlcL R 0 B B I A 1 sR cL K 0 C 3 1 B 2 2 c 0 D 8 3 3 j I I J J J I I J I l I I I I I I

9、P!l SER 0 E B 4 A 4 挂 B5 5 0G 8 6 6 B7 A7 _=G N O口 H 卫 d p。一。一。一 O ND 一 L、O k 少 1、(，一 蒋 P 1 p 0 f 龚 2 PI2 Po2 4 P13 1：03 5 P14 P04 P15 P05 7 P 1 7 P 0 7 3 2曲 幸 。叫出 c1 J j 3 o P T I INT1 P20 2l_一P20 一 -i坷 lNTO P2I 2L P21 23_P22 24 P23 X1 P2 4 2 5 P vc c i X 2 P25 P26 R ES ET P27 E WR R xD 6 2 电子翻作 2

10、0 0 8年第 1 O期 图 3 系统硬件电路 图 珊 腊 应 维普资讯 http:/ 除高频干扰，使系统更加稳定。图 3中A T 2 4 C 0 2的、脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。因 为只有一个 A T 2 4 C 0 2 挂在总线上，因此可以把三条地 址线全部都接地。三、关键程序分析 依据 I z C总线的传输协议，总线工作时的具体时序 如下：起始信号(S)：在时钟线 S C L高电平期间，数据线 S D A由高电平向低电平的变化，用于启动 F C总线，准 备开始传送数据；停止信号(P)：在时钟线 S C L高电平期间，数据线 S D A由低电平向高 电平 的变化，用 于停止

11、F C总线上的 数据传送；应答信号(A)：F C总线的第 9个脉冲对应应答 位，若 S D A线上显示低电平则为总线“应答”(A)，若 S D A线上显示高电平则 为“非应答”(A)；数据位传送：F C总线起始信号或应答信号之后的 第 1 8个时钟脉冲对应一个字节的 8位数据传送。在脉冲高电平期间，数据串行传送；在脉冲低电平期 间，数据准备，允许总线上数据 电平变化。总线开始子 函数 v o i d l 一s t a r t(v o i d)f S DA=HI GH；一n o p _ 0；S CL K=HI GH；一n o p 一 0；S DA=LOW：一n o p _ O；S CL K=LO

12、W：一h o p _ O：总线停止子函数 v o i d I 2 Cs t o p(v o i d)S DA=LOW：一n o p _ 0；S CL K=HI GH；_h o p _ 0；S DA=HI GH：一n o p 一 0；S CL K=L OW；技术讲座 f 厂、一 e e 0 0 0 a 奢 e a&2 0 0 8年第1 O 期 电子翻作6 3 D D D 钔 一 ，(雩l 一；一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一，一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一，一 川 维普资讯 http:/ 技术讲座 l 高位 r e t u m(d

13、 a t)；(6 3)1 (6 4)程序详解：(1)总线开始子函数(3)数据线置高位(4)延时一个机器周期(5)时钟线置高位(6)延时一个机器周期(7)数据拉低(8)延时一个机器周期(9)时钟线拉低(1 0)延时一个机器周期(1 2)总线结束子函数(1 4)拉低数据线(1 5)延时一个机器周期(1 6)时钟线置高位(1 7)延时一个机器周期(1 8)数据线置高位(1 9)延时一个机器周期(2 0)时钟线拉低(2 1)延时一个机器周期(2 3)发送应答位子 函数(2 5)0 应答，1 非应答(2 6)总线延时(2 7)时钟线置高位(2 8)总线延时(2 9)时钟线拉低(3 1)总线发送一个字节子

14、函数(3 3)定义临时变量(3 4)循环 8次，发送一个字节数据(3 6)时钟线拉低(3 7)延时一个机器周期(3 8)发送 MS B最高位(3 9)数据左移一位，保证下次发送的数据仍是最(4 O)总线延时(4 1)总线延时(4 2)时钟线置高(4 3)总线延时(4 5)循环结束后，时钟线拉低，保证总线稳定(4 7)总线读取一个字节子函数(4 9)定义 临时循环变量和读取数据变量 6 4电予一作 2 0 o 8年第1 O 期(5 0)循环 8次，渎取一个 自己 数据(5 2)时钟线拉低(5 3)延时一个机器周期(5 4)数据线置高(5 5)总线延时(5 6)时钟线置高(5 7)临时数据变量左移

15、，保证 从高位读取数据(5 8)总线延时(5 9)判断数据线是否为高位(6 0)如果为高，临时变量加 1 ，否则保持不变(6 2)循环结束后，时钟线拉低，保证 总线稳定(6 3)返 回读取的数据 开始 写入开机次数 延时 等待安全写入 读取开机次数 数码管显示 死循环 图 4 软件流程图 鉴于篇幅关系，其他代码不做 分析，具体源程序见在本刊网站。软件流程图见图4所 示。主程序说明：为了验证 A 4 C 0 2的读写功能，每次 开机将一个变量写入到 A 4 C 0 2的地址0里面，之后 延时等待安全写入数据(注意，如果不加入延时，直接 读出来，会有错误)，稳定后，再将当前的开机次数变量 数据读出

16、来，在数码管上显示一下。A 4 C 0 2 有保存数 据的功能，因此，下次开机后，当前的开机次数变量 自 动加“1”，再次显示 的数据也会更新加 1 。四、调试过程及要点 首先，接好硬件设备，将开发板通过串口线连接到 电脑端，接好 U S B电源线或者直流 5 v电源线。之后打 开下载软件，选择 生成 的 a t 2 4 c 0 2 h e x 文件，进行下载(注意：冷 启动，先 点击 下载，之后再 给单片 机 系统 上 电)。系统工作照片如图 5 所示，本实验验证的是 I 2 c总 图 5 工作照片 维普资讯 http:/ 电子制作步步高 一步一步演示 AD转换器进程 逐次逼近 AD转换器是

17、 AD转换器的一种，其 功能是将模拟量经过“量化”变转换成数字量。其结构 主要由比较器、DA转换器、逐次逼近寄存器和逻辑 控制单元等组成。其工作过程如下：转换启动后，第一步，控制逻辑 电路首先把逐次逼近寄存器的最高位(例如 D 7)置 1、其他位置0，将其存储到逐次逼近寄存器，然后经 DA 转换后得到约 为满量程(例如 2 5 V)输出一半 的反馈 电 压(例如 1 2 5 V)。这个预估计电压值在比较器中与输入 信号进行比较。若比较器判断输入电压值比预估计电 压值高，则在下一次比较前对 D 7修正置 1 或 0。第二 步，按对分原理，把逐次逼近寄存器的下一位(例如 D 6)置 1，再次经 D

18、A 转 换器输 出与 输入 信号 进行 比较，不断重复这个 过程，直到完成 L S Bf 最 低位 D O)的转换。这时逐 次逼近寄存器的各位值 均已确定，逐次逼近转换 余集成 完成。然 而，现代的 AD转换器 已集成化，过程在 I C 内部实现，分析其工作过程、学习其原理很抽象，对初 学者来说是很困难的。为了让初学者能深入理解，可采 用实验板进行演示。一、实验演示 我们的实验板如图 1 所示。原来飞速进行 AD 转换过程变得非常慢，每按一次键只走一步，我们可以 形象地、一步一步地分析AD转换器进程。将输入电压调节电位器调到 1 2 6 V，由数字电压 表(红笔接 T P 1)读出。按一下开关 S W1 S T A R T，转 换开始：第一步 D 7 灯亮，D 6一 D 0灯全部不亮，数据为 图 1 圜 2 0 0 8年第1 O 期 电子翻作6 5 维普资讯 http:/