基于I2C總線(xiàn)數據寫(xiě)入器的設計

1 引言

(Inter－Integrated Circuit)總線(xiàn)是一種用于連接微控制器及其外圍設備的總線(xiàn)。總線(xiàn)最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單和有效。由于接口直接在組件上，故其占用空間小，減少了電路板的空間和芯片引腳的數量，廣泛用于智能化儀表?，F在有的MCU已提供接口，但對于沒(méi)有直接支持總線(xiàn)的MCU則需要用軟件進(jìn)行模擬。本文以AT89S52單片機為核心，與PC進(jìn)行通信，實(shí)現具有總線(xiàn)的EEPROM AT24C04讀寫(xiě)功能，構成一種數據寫(xiě)入器，用于儀器儀表等設備中表格、曲線(xiàn)和參數等的讀寫(xiě)。所有程序用C語(yǔ)言完成。

2 單片機和PC兩方的通信格式

本設計中的數據通信格式如下:第一字節為發(fā)給MCU的命令，第二字節保留。后16字節是所要寫(xiě)入的數據。但在開(kāi)始操作時(shí)最先發(fā)送的僅為前2字節。命令有如下幾種:寫(xiě)命令(CMD_WRITE)、讀命令(CMD_READ)、操作結束命令(CMD_OVER)、狀態(tài)檢查命令(CMD_CHECKOK)。

兩方的通信過(guò)程大致如下:PC發(fā)出前綴為CMD的命令，然后監聽(tīng)串口等待MCU返回的前綴為RSP的準備就緒的回應(寫(xiě)入時(shí)為 RSP_WRITEREADY;讀出時(shí)為RSP_READREADY)，若超時(shí)則給出錯誤提示;收到該回應后進(jìn)行讀寫(xiě)操作;結束時(shí)PC發(fā)出結束命令并等待 MCU的結束回應;若正確收到該回應則提示成功，否則提示操作完成但未收到回應。在寫(xiě)操作中，每發(fā)送18字節進(jìn)行一次確認。另外，由于讀芯片中是讀出的所有內容，故此時(shí)PC不發(fā)結束命令而只等待結束回應。

在執行寫(xiě)操作時(shí)，PC都以CMD_WRITE為命令發(fā)送18字節的數據并等待MCU的RSP_WRITTEN。在執行讀操作時(shí)，PC先接受MCU發(fā)來(lái)的以 RSP_READ為回應的18字節數據，然后再發(fā)送1個(gè)字節的命令CMD_READ。

3 I2C總線(xiàn)時(shí)序模擬

本設計使用的EEPROM為AT24C04，它可用串行總線(xiàn)。由于89S52不直接支持總線(xiàn)，因此只能使用IO口來(lái)模擬的總線(xiàn)時(shí)序。89S52可以進(jìn)行位尋址，這給時(shí)序模擬帶來(lái)了方便。

(1) 通信開(kāi)始信號

根據的規程，通信開(kāi)始信號是當SCL(串行時(shí)鐘信號)處于高電平時(shí)在SDA(串行數據信號)上給出一個(gè)下跳沿，且下跳沿后，SCL還要維持高電平4μs。此過(guò)程可用如下代碼模擬:
_SDA=1;
_SCL=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_SDA=0; // 下跳沿
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); // 維持SCL為高電平4us
_SCL=0;

(2) 通信停止信號

通信停止信號是當SCL為高電平時(shí)在SDA上出現一個(gè)上跳沿，且SDA上跳前的低電平應維持4us以上。此過(guò)程模擬代碼和開(kāi)始信號類(lèi)似，在此省略。

(3) 字節傳送完畢確認信號

該信號是在SDA為低電平時(shí)SCL上出現一個(gè)正脈沖，此過(guò)程可用如下代碼模擬:
_SDA=0;
_SCL=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_SCL=0;
_SDA=1;

(4) 非確認信號

該信號便于控方傳送停止信號，在SDA為高電平時(shí)，SCL上出現一個(gè)正脈沖，除此，模擬代碼和字節傳送完畢確認信號類(lèi)似，不再贅述。

利用上述基本操作，并根據AT24C04的時(shí)序關(guān)系，可以寫(xiě)出對AT24C04進(jìn)行讀寫(xiě)的程序。由于A(yíng)T24C04中的緩存是16字節，因此在讀寫(xiě)時(shí)，均是以16字節為單位的。AT24C04總大小為512字節，其中又分了兩頁(yè)，在操作時(shí)還應同時(shí)指定要操作的頁(yè)。

4 MCU方的通信

進(jìn)入讀、寫(xiě)函數后，MCU都要回應PC方發(fā)來(lái)的命令，以確認準備就緒，所以在讀寫(xiě)程序中，并不立即對EEPROM操作。數據寫(xiě)讀的流程圖如圖1和圖2所示。其中RSP_WRITEREADY為對寫(xiě)入準備好的回應，RSP_READREADY為對讀出準備好的回應，RSP_READ為成功讀出一段數據的回應，RSP_FIN為操作完成的回應。

5 PC方的串行通信

PC方的串行通信使用類(lèi)CSerialComm來(lái)完成。在PC上完成串行通信可用微軟的MSComm通信控件，但這樣就需要帶上封裝這個(gè)控件的庫文件，否則程序不能獨立運行。因此本設計采用以Win32 API寫(xiě)成的CSerialComm類(lèi)來(lái)完成。

CSerialComm類(lèi)繼承自CIoController，封裝了和串行通信相關(guān)的功能。主要成員函數功能如下:
Open:打開(kāi)指定的端口。參數指定了所要打開(kāi)的端口名稱(chēng)，為一個(gè)字符串。這個(gè)函數打開(kāi)的串口是同步的。
SetState:設置串口的狀態(tài)。參數是一個(gè)CSerialState類(lèi)的指針。
SetTimeout:設置操作的超時(shí)時(shí)間，超過(guò)了這個(gè)時(shí)間，讀寫(xiě)操作將返回。
CSerialComm類(lèi)只提供基本的串口操作，而且不能發(fā)送窗口消息，不便于編寫(xiě)Windows的基于消息的程序，因此，從CSerialComm繼承一個(gè)類(lèi)CI2CWriter進(jìn)一步封裝對串口的操作，主要成員函數功能如下:
InitPort:調用了CSerialComm的Open函數來(lái)打開(kāi)一個(gè)串口，并保留擁有這類(lèi)對象的窗口指針，以便發(fā)送消息。
Notify:向窗口消息，以通知當前的讀寫(xiě)狀態(tài)。
BeginWrite，BeginRead，BeginVerify，BeginCheckMCU:分別為開(kāi)始寫(xiě)、讀、校驗和檢測MCU的狀態(tài)。它們將產(chǎn)生相應的工作線(xiàn)程。
OpenFile:這個(gè)函數用于打開(kāi)要寫(xiě)入到EEPROM中的文件。參數是所要寫(xiě)入的文件的路徑名。由于A(yíng)T24C04的容量是512字節，故該函數對文件的長(cháng)度作了限制。