MAX517與單片機的I2C總線數(shù)據(jù)通信

　　摘要：介紹了I2C總線的特點及數(shù)據(jù)通信的基本協(xié)議，并以AT89C51單片機與美國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，詳細介紹了通過I2C總線進行數(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行軟件尋址，而不是對硬件進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。

１．１ Ｉ２Ｃ總線的主要特點

　　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，標準傳送速率為１００ｋＢ／ｓ，快速方式下可達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：

　　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：

　　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與ＭＡＸ５１８、ＭＡＸ５１９等的通信都具有參考價值。