8051單片機(jī)的I2C接口并行擴(kuò)展

作者：時間：2012-04-05 來源：網(wǎng)絡(luò)

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1　引　言

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/171690.htm

I2C總線接口器件在視頻處理、移動通信等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。另外，通用的I2C總線接口器件，如帶I2C總線的RAM，ROM，A/D，D/A，LCD驅(qū)動器等，也越來越多地應(yīng)用于計算機(jī)及自動控制系統(tǒng)中。隨著I2C接口器件越來越廣泛的應(yīng)用，8051系列單片機(jī)與他之間的通信越來越頻繁。

8051系列單片機(jī)與I2C總線接口器件通信時，8051的通用口與I2C總線器件的SCL，SDA連接。根據(jù)I2C 總線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，8051必須對其兩個通用口進(jìn)行頻繁的置位、清零。根據(jù)基于51指令系統(tǒng)編制的匯編程序，傳送一位數(shù)據(jù)，需要9個機(jī)器周期，而對于 8051，一個機(jī)器周期要耗費(fèi)6個時鐘周期，即用54個時鐘周期才能傳送一位數(shù)據(jù)。如此則極大地占用了CPU的工作時間，降低了系統(tǒng)的工作效率，導(dǎo)致I2C器件的優(yōu)勢難以顯現(xiàn)。因此，有必要設(shè)計8051與I2C總線的專用接口電路。該接口電路能夠?qū)2C總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動收發(fā)，而CPU只需要通過并口訪問該接口電路中的有關(guān)寄存器就可以實(shí)現(xiàn)與I2C器件的數(shù)據(jù)交換，從而使整個系統(tǒng)的性能得到提高。本設(shè)計用VHDL硬件描述語言為工具，用ALTERA公司的 MAXPLUSⅡ軟件進(jìn)行編譯仿真，下載芯片為EPM7128SLC84-15。

2　設(shè)計目標(biāo)和要求

為了提高數(shù)據(jù)傳送的速度，設(shè)計一個I2C接口電路。8051不直接與I2C器件交換數(shù)據(jù)，而是通過并口與該I2C接口電路交換數(shù)據(jù)，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送也通過該I2C接口電路來完成。從而通過CPU的外部存儲器讀寫指令就可實(shí)現(xiàn)與I2C器件的數(shù)據(jù)交換，使對串口的操作用并口的方式來實(shí)現(xiàn)。

在I2C接口電路內(nèi)部有一個控制寄存器CI0和一個數(shù)據(jù)寄存器CI1，即I2C接口電路占用兩個地址。通過寫控制寄存器CI0的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對I2C接口電路的編程，讀寫數(shù)據(jù)寄存器CI1的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)與I2C器件的數(shù)據(jù)交換。在CI0中的內(nèi)容定義了8051對I2C器件進(jìn)行操作的類型(讀或?qū)?和I2C器件內(nèi)地址的字節(jié)數(shù)等信息，使I2C接口電路能夠識別從8051傳來的數(shù)據(jù)是地址還是數(shù)據(jù)、8051將要發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的長度等。

如果8051要發(fā)送數(shù)據(jù)給I2C器件，則根據(jù)I2C總線協(xié)議，在數(shù)據(jù)CI1接收到第一個數(shù)據(jù)后啟動I2C總線，然后將CI1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后逐位發(fā)出，發(fā)出完畢后設(shè)置一個標(biāo)志位，使8051知道可以發(fā)送下一個總線后首先寫I2C器件內(nèi)地址，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后將接收到的數(shù)據(jù)裝入CI1中，再設(shè)置標(biāo)志位，使8051知道可以讀出數(shù)據(jù)。

根據(jù)上述設(shè)計要求，I2C接口芯片的引腳如圖1所示。其中clk可以使用獨(dú)立的時鐘，使I2C總線的位傳送速度遠(yuǎn)高于8051的位操作，從而可使I2C總線的數(shù)據(jù)傳送接近并口的數(shù)據(jù)速率；a0是地址信號輸入，a0＝0時進(jìn)行CI0寫操作，當(dāng)a0＝1時進(jìn)行CI1讀/寫操作；bz為標(biāo)志輸出位，bz＝0時，8051需要等待，bz＝1時8051可以對CI1操作。