i2c課程設計--基于arm的i2c接口設計

1、<p><b>　　摘要: </b></p><p>　　近年來，隨著計算機技術(shù)及集成電路技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)日漸普及，在通訊、網(wǎng)絡、工控、醫(yī)療、電子等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。</p><p>　　I2C是一種較為常用的串行接口標準，具有協(xié)議完善、支持芯片較多和占用I/O線少等優(yōu)點，主要在服務器管理中使用，可隨時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)

2、，增加了系統(tǒng)的安全性，便于管理。目前比較流行的串行擴展總線中，I2C總線以其嚴格的規(guī)范和眾多支持I2C接口的外圍器件而獲得了廣泛的應用。</p><p>　　因此，我們對I2C接口進行了必要的探究，通過UART(異步串行接口)發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)，然后利用I2C串行接口對外部存儲器24C01進行讀寫，最后通過顯示器LCD1602顯示，正確驗證了I2C的通訊功能。</p><p>　　關鍵字:

3、 I2C串行接口 UART 外部存儲器 顯示器LCD1602</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　設計原理與總體方案：</p><p>　　本設計包含三個部分：UART發(fā)送數(shù)據(jù)部分、I2C讀寫存儲器部分、LCD1602顯示部分，下面分別介紹各部分原理。</p><p>&

4、lt;b>　　異步串行接口</b></p><p>　　UART是異步串行接口，LPC2000系列ARM7包含2個UART:UART0和UART1，UART0只有TXD（串行輸出）和RXD（串行輸入）兩個引腳，只需設置相應的寄存器即可實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。</p><p>　　1.2．I2C總線基本原理</p><p>　　I2C總線系統(tǒng)是由SC

5、L（串行時鐘）和SDA（串行數(shù)據(jù)）兩根總線構(gòu)成的，該總線有嚴格的時序要求?？偩€工作時, 由串行時鐘線SCL傳送時鐘脈沖, 由串行數(shù)據(jù)線SDA 傳送數(shù)據(jù)。總線協(xié)議規(guī)定, 各主節(jié)點進行通信時都要有起始、結(jié)束、發(fā)送數(shù)據(jù)和應答信號，這些信號都是通信過程中的基本單元?？偩€傳送是以幀為單位進行的， 每當發(fā)送完1 個字節(jié)后, 接收節(jié)點就相應給一應答信號。</p><p>　　1.2.1. I2C總線數(shù)據(jù)傳輸中的接受/發(fā)送器&l

6、t;/p><p>　　I2C總線系統(tǒng)中發(fā)送器與接收器來表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送方與接收方。</p><p>　　發(fā)送器：總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的器件。</p><p>　　接收器：總線上接收數(shù)據(jù)的器件。</p><p>　　1.2.2. I2C總線上數(shù)據(jù)的有效性</p><p>　　I2C總線數(shù)據(jù)傳輸時，在時鐘線高電平期間數(shù)據(jù)線上必須保

7、持有穩(wěn)定的邏輯電平的狀態(tài)，高電平為數(shù)據(jù)1，低電平為數(shù)據(jù)0。只有在時鐘線為低電平時，才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化，如圖1所示。</p><p>　　圖1 I2C總線數(shù)據(jù)位傳送</p><p>　　1.2.3. I2C總線數(shù)據(jù)傳送的起始、停止與應答</p><p>　　I2C總線可以構(gòu)成多主數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，但只有帶CPU的器件可以成為主器件。 主器件發(fā)送時鐘、啟動位、數(shù)

8、據(jù)工作方式，從器件則接收時鐘及數(shù)據(jù)工作方式，接收或發(fā)送則根據(jù)數(shù)據(jù)的傳送方向決定。I2C總線上數(shù)據(jù)傳送時的啟動、結(jié)束和有效狀態(tài)都由SDA、SCL的電平狀態(tài)決定，在I2C總線規(guī)程中啟動和停止條件規(guī)定如下：</p><p>　　啟動條件：在SCL為高電平時，SDA出現(xiàn)一個下降沿則啟動I2C總線。 </p><p>　　停止條件：在SCL為高電平時，SDA出現(xiàn)一個上升沿則停止使用I2C總線。

9、 </p><p>　　啟動條件后總線為“忙”，在結(jié)束信號過后的一定時間總線被認為是“空閑”的。在啟動和停止條件之間可轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)不受限制，但每個字節(jié)必須為8位。首先傳送最高位，采用串行傳送方式，但在每個字節(jié)之后必須跟一個響應位。主器件收發(fā)每個字節(jié)后產(chǎn)生一個時鐘應答脈沖，在這期間，發(fā)送器必須保證 SDA為高，由接收器將SDA拉低，稱為應答信號(ACK)。主器件為接收器時，在接收了最后一個字節(jié)之后不發(fā)應答信號，也稱為

10、非應答信號(NOT ACK)。 當從器件不能再接收另外的字節(jié)時也會出現(xiàn)在種情況。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送如圖2所示。</p><p>　　圖2 I2C總線上的信號</p><p>　　1.2.4. I2C總線數(shù)據(jù)傳送</p><p>　　I2C總線上連接的每個器件都有自己唯一確定的地址，啟動條件后主機發(fā)送的第一個字節(jié)就是被讀寫的從器件地址，其中第8位為方向位，“0”(

11、W)表示主器件發(fā)送，“1”(R)表示主器件接收?？偩€上每個器件在啟動條件后都把自己的地址與前7位相比較，如相同則器件被選中， 產(chǎn)生應答，并根據(jù)讀寫位決定在數(shù)據(jù)傳送中是接收還是發(fā)送。如圖所示為主器件發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程，無論是主發(fā)、主收還是從發(fā)、從收都是由主器件控制。</p><p>　　圖3主器件發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程</p><p>　　在主發(fā)送方式下，由主器件先發(fā)出啟動信號(S)，接著發(fā)

12、從器件的7 位地址(SLA)和主器件發(fā)送的方向位“0”(W)，即這個字節(jié)為SLA+W。被尋址的從器件在收到這個字節(jié)后，返回一個應答信號(A)，在確定主從應答正常后，主器件向從器件發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)，從器件每收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)后都要返回一個應答信號，直到全部數(shù)據(jù)都發(fā)送完為止。在主接收方式下，主器件先發(fā)出啟動信號(S)，接著發(fā)從器件的7位地址(SLA)和表明主器件接收的方向位“1”(R)，即這個字節(jié)為SLA+R。在發(fā)送完這個字節(jié)后，SCL繼續(xù)輸出時

13、鐘，通過SDA接收從器件發(fā)來的串行數(shù)據(jù)。主器件每接收到一個字節(jié)后都要發(fā)送一個應答信號(A)，當全部數(shù)據(jù)都發(fā)送或接收完畢后，主器件應發(fā)出停止信號(P)。</p><p>　　1.3．LCD1602液晶顯示驅(qū)動原理</p><p>　　1.3.1. LCD1602的引腳功能</p><p>　　LCD1602液晶顯示器的引腳如圖4所示，其引腳功能如下：</p>

14、;<p>　　（1）RS：數(shù)據(jù)和指令選擇控制端，RS=0命令狀態(tài)；RS=1數(shù)據(jù)</p><p>　?。?）R/W：讀寫控制線，R/W=0寫操作；R/W=1讀操作</p><p>　?。?）A：背光控制正電源 （4） K：背光控制地</p><p>　?。?）E：數(shù)據(jù)讀寫操作控制位，E線向LCD模塊發(fā)送一個脈沖，LCD模塊與單片機間將進行一次數(shù)

15、據(jù)交換</p><p>　?。?）DB0～DB7：數(shù)據(jù)線，可以用8位連接，也可以只用高4位連接，節(jié)約單片機資源。</p><p>　　（7）VDD：電源端 VEE：亮度控制端（1-5V） VSS：接地端</p><p>　　圖4 LCD1602液晶顯示器引腳圖</p><p>　　1.3.2.LCD1602控制命令&

16、lt;/p><p>　　表1 LCD控制命令</p><p>　　指令3：光標和顯示模式設置。I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移，高電平表示有效，低電平則無效。</p><p>　　指令4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示。C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標。

17、B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令 6：功能設置命令。DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線。N：低電平時為單行顯示，高電平時為雙行顯示。F：低電平時顯示5×7的點陣字符，高電平時顯示5×10的點陣字符。</p><p>　　指令9：讀忙信號和光標地址。BF：為忙標志，高電平表示忙，此時模塊不能接受命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平

18、表示不忙。</p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　2.1流程圖及部分初始化說明</p><p><b>　　圖5 主程序流程圖</b></p><p>　　圖6 lcd初始化及顯示函數(shù)流程圖</p><p>　　圖7 UART接受數(shù)據(jù)流程圖&l

19、t;/p><p>　　圖8 I2C讀寫24C01流程圖</p><p><b>　　仿真設計</b></p><p><b>　　仿真電路圖</b></p><p><b>　　圖9</b></p><p><b>　　仿真結(jié)果圖</b&

20、gt;</p><p><b>　　圖10</b></p><p><b>　　調(diào)試</b></p><p>　　問題1：在進行仿真調(diào)試時，出現(xiàn)了發(fā)送亂碼的現(xiàn)象(如圖11)。</p><p>　　原因: ADS調(diào)試時鐘頻率與proteus仿真設置頻率不一致。 </p><p&

21、gt;　　問題2：在進行仿真調(diào)試時，I2C讀數(shù)據(jù)時，出現(xiàn)非應答位導致數(shù)據(jù)不能正常讀取(如圖12)。</p><p>　　原因： ADS程序?qū)懲?4C01后沒有等待總線恢復，添加延時即可。</p><p>　　圖11 調(diào)試出現(xiàn)亂碼情況</p><p>　　圖12 讀取數(shù)據(jù)時出現(xiàn)非應答位情況</p><p><b>　　結(jié)束語</

22、b></p><p>　　本次課程設計是ARM嵌入式系統(tǒng)課程設計，是在我們學習了《ARM嵌入式系統(tǒng)》的基礎上的進一步實踐與拓展，該課程設計對各方面的知識進行了融合，具有一定的挑戰(zhàn)性。我們查閱了很多資料，并且借鑒了很多不同的想法，在老師的幫助下，我們順利完成了課程設計，對嵌入式系統(tǒng)的硬件、軟件有了更為深入的了解，為以后進行軟硬件設計打下了良好的基礎。</p><p><b>

23、　　參考文獻</b></p><p>　　[1]周立功主編.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎教程[M].北京航空航天大學出版社，2008。</p><p>　　[2]吳明輝,等.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用[M].北京：人民郵電出版社，2004。</p><p><b>　　附錄：主程序</b></p><p>　　

24、#include "config.h"</p><p>　　#include "LCD1602.h"</p><p>　　#include "UART.h"</p><p>　　#include "I2C.h"</p><p>　　#define Num 1<

25、;/p><p>　　uint8 i=0,j=0,k=0, Addr=0;</p><p>　　uint8 rcv_data[Num],read_data[Num],display_data[16];</p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　

26、　PINSEL0 = 0x55; //設置p0.0-p0.1為UART0,p0.2-p0.3為I2C</p><p>　　PINSEL1 = 0; //設置p0.16-p0.24為GPIO</p><p>　　IODIR = 0x7ff<<16; //p0.16-p0.24為輸出</p><p>　　lcd_init();<

27、/p><p>　　UART0_init();</p><p>　　I2C_init(100000);</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　UART0_RcvStr(rcv_data,Num);<

28、;/p><p>　　WriteC01(Addr,Num,rcv_data);</p><p>　　DelayMs(100);////////////</p><p>　　ReadC01(Addr,Num,read_data);</p><p><b>　　if(i<15)</b></p><p>

29、;<b>　　{</b></p><p>　　display_data[i++]=read_data[0];</p><p>　　display_data[i]='\0';</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b>&l

30、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<14;j++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　display_data[j]=display_data[j+1];</p><p>　　display_data[

31、14]=read_data[0];</p><p>　　display_data[15]='\0';</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　DisText(0x80,display_data); Addr++；</

32、p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(0);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************************************************************************</p

33、><p>　　* File: lcd1602.h</p><p>　　* 功能：向LCD輸出字符(一行只能顯示16個字符)</p><p>　　****************************************************************************/</p><p>　　#include &quo

34、t;config.h"</p><p>　　#define rs (1<<24)</p><p>　　#define rw (1<<25)</p><p>　　#define en (1<<26)</p><p>　　#define busy (1<<23)</p>&l

35、t;p><b>　　//檢查總線是否忙</b></p><p>　　void ChkBusy()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　IODIR=0x700<<16;</p><p><b>　　while(1)</b></p&g

36、t;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　IOCLR=rs;</b></p><p><b>　　IOSET=rw;</b></p><p><b>　　IOSET=en;</b></p><p>　　if(!(IOPI

37、N & busy))break;</p><p><b>　　IOCLR=en;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　IODIR=0x7ff<<16;</p><p><b>　　}</b></p><p&

38、gt;<b>　　//寫函數(shù)</b></p><p>　　void WrOp(uint8 dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ChkBusy();</p><p>　　IOCLR=rs; // RS=0,RW=0</p><p>　

39、　IOCLR=rw; </p><p>　　IOCLR=(0xff<<16); </p><p>　　IOSET=(dat<<16);//送數(shù)</p><p><b>　　IOSET=en;</b></p><p><b>　　IOCLR=en;</b><

40、/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//寫數(shù)據(jù)函數(shù)</b></p><p>　　void WrDat(uint8 dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ChkBusy();</p>

41、<p>　　IOSET=rs; // RS=1,RW=0</p><p><b>　　IOCLR=rw;</b></p><p>　　IOCLR=(0xff<<16); </p><p>　　IOSET=(dat<<16);//送數(shù)</p><p><b>

42、;　　IOSET=en;</b></p><p><b>　　IOCLR=en;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//lcd初始化函數(shù)</p><p>　　void lcd_init(void)</p><p><b>

43、;　　{</b></p><p>　　WrOp(0x38);// 8-bit mode - 2 line.</p><p>　　WrOp(0x06);//光標加1</p><p>　　WrOp(0x0C);//開顯示</p><p><b>　　}</b></p><p&

44、gt;<b>　　//顯示文本函數(shù)</b></p><p>　　void DisText(uint8 addr,uint8 *p)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WrOp(addr);</p><p>　　while(*p !='\0')WrDat(*(

45、p++));</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************************************************************************</p><p>　　* File: UART.h</p><p>　　* 功能：通過串口輸入

46、字節(jié)數(shù)據(jù)。</p><p>　　****************************************************************************/</p><p>　　#include "config.h"</p><p>　　#define UART_BPS9600/* 定義通訊波特率 */&l

47、t;/p><p><b>　　//初始化串口0。</b></p><p>　　void UART0_init(void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uint16 Fdiv;</p><p>　　U0LCR = 0x83;// D

48、LAB = 1，可設置波特率</p><p>　　Fdiv = (Fpclk / 16) / UART_BPS; // 設置波特率</p><p>　　U0DLM = Fdiv / 256;</p><p>　　U0DLL = Fdiv % 256;</p><p>　　U0LCR = 0x03;</p&g

49、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　//從串口接收 1 字節(jié)數(shù)據(jù)，使用查詢方式接收。</p><p>　　uint8 UART0_RcvByte (void)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uint8 rcv_dat;</p

50、><p>　　while ((U0LSR & 0x01) == 0); // 等待接收標志置位</p><p>　　rcv_dat = U0RBR; </p><p>　　return (rcv_dat);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//從串口接收字符串

51、。</p><p>　　void UART0_RcvStr (uint8 *s, uint32 n)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　for ( ; n>0; n--)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　*s+

52、+ = UART0_RcvByte();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************************************************************************</p>&l

53、t;p>　　* File: I2C.h</p><p>　　* 功能：讀寫外部存儲器24C01。</p><p>　　****************************************************************************/</p><p>　　#include "config.h"</

54、p><p>　　#define Write_C01 0xA0 </p><p>　　#define Read_C01 0xA1 </p><p>　　#define AA (1<<2) </p><p>　　#define SI (1<<3) </p><p>　　#def

55、ine STO (1<<4) </p><p>　　#define STA (1<<5) </p><p>　　#define I2CEN (1<<6)</p><p>　　#define lastbyte 1</p><p><b>　　//I2C初始化</b>&

56、lt;/p><p>　　void I2C_init(uint32 fi2c)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(fi2c>400000) fi2c = 400000;</p><p>　　PINSEL0 = (PINSEL0 & 0xffffff0f) | 0x50;</p

57、><p>　　I2SCLH = (Fpclk / fi2c+1) / 2;</p><p>　　I2SCLL = (Fpclk / fi2c) / 2;</p><p>　　I2CONCLR = STA | SI | AA;</p><p>　　I2CONSET = I2CEN; </p><p&

58、gt;<b>　　}</b></p><p><b>　　//發(fā)送起始信號</b></p><p>　　void I2C_Start(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　I2CONSET = STA; &l

59、t;/p><p>　　while(I2STAT!=0x08); </p><p>　　I2CONCLR = STA; </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//發(fā)送停止信號 </b></p><p>

60、　　void I2C_Stop(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　I2CONSET = STO; </p><p>　　I2CONCLR = SI; </p><p><b>　　}</b>

61、</p><p><b>　　//寫一字節(jié)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　void WriteByte(uint8 data)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　I2DAT = data;</p><p>　　I2CONCLR = SI;

62、 </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//寫地址</b></p><p>　　void WriteAddr(uint8 Mode) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　Wri

63、teByte(Mode);</p><p>　　if(Mode==Read_C01) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(I2STAT!=0x40); </p><p><b>　　}</b></p><p><b&g

64、t;　　else </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(I2STAT!=0x18); </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>

65、;<b>　　//寫數(shù)據(jù) </b></p><p>　　void WriteData(uint8 data)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WriteByte(data);</p><p>　　while(I2STAT!=0x28); </p>

66、;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　//讀字節(jié)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　uint8 ReadByte(uint8 last) </p><p><b>　　{</b></p><p

67、><b>　　if(last) </b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　I2CONCLR=AA;</p><p>　　I2CONCLR=SI; </p><p>　　while(I2STAT!=0x58); &

68、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　I2CONSET=AA; </p><p>　　I2CONCLR=SI;

69、 </p><p>　　while(I2STAT!=0x50); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(I2DAT);</p><p><b>　　}</b></p><p><b&g

70、t;　　//寫24C01</b></p><p>　　void WriteC01(uint8 StartAddr,uint8 CountByte,uint8 *i2c_buf)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint8 i=0;</p><p>　　I2C_Start(); &l

71、t;/p><p>　　WriteAddr(Write_C01); </p><p>　　WriteData(StartAddr); </p><p>　　for(i=0;i<CountByte;i++)</p><p><b>　　{</b></p>&l

72、t;p>　　WriteData(i2c_buf[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　I2C_Stop();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//讀24C01</b></p><p&g

73、t;　　void ReadC01(uint8 StartAddr,uint8 CountByte,uint8 *i2c_buf)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint8 i=0;</p><p><b>　　//設置讀指針</b></p><p>　　I2C_Star

74、t(); </p><p>　　WriteAddr(Write_C01); </p><p>　　WriteData(StartAddr);</p><p>　　I2C_Stop(); </p><p><b>　　//開始讀數(shù)據(jù)</b></p><p>　　I2C_Start(); <

75、/p><p>　　WriteAddr(Read_C01);</p><p>　　for(i=0;i<CountByte-1;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　i2c_buf[i]=ReadByte(!lastbyte);</p><p><b>　　

76、}</b></p><p>　　i2c_buf[i]=ReadByte(lastbyte);</p><p>　　I2C_Stop(); </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//延時函數(shù) </b></p><p>　　void

77、 DelayMs(uint8 dly)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uint8 i;</b></p><p>　　for(; dly>0; dly--)</p><p>　　for(i=0; i<1000; i++);</p>&