摘要：介紹了I2C總線的特點(diǎn)及數(shù)據(jù)通信的基本協(xié)議，并以AT89C51單片機(jī)與美國(guó)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(xì)介紹了通過(guò)I2C總線進(jìn)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(diǎn)及基本通信協(xié)議

Ｉ２Ｃ總線是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司開(kāi)發(fā)的一種簡(jiǎn)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(shí)鐘線？即可使連接于總線上的器件之間實(shí)現(xiàn)信息傳送，同時(shí)可通過(guò)對(duì)器件進(jìn)行軟件尋址，而不是對(duì)硬件進(jìn)行片選尋址的方式來(lái)節(jié)約通信線數(shù)目，從而減少了硬件所占空間。因?yàn)榭偩€已集成在片內(nèi)，所以大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，此外，在從系統(tǒng)中移去或增加集成電路芯片時(shí)，對(duì)總線上的其它集成芯片沒(méi)有影響。

１．１ Ｉ２Ｃ總線的主要特點(diǎn)

Ｉ２Ｃ總線通常由兩根線構(gòu)成：串行數(shù)據(jù)線（ＳＤＡ）和串行時(shí)鐘線（ＳＣＬ）；總線上所有的器件都可以通過(guò)軟件尋址，并保持簡(jiǎn)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(gè)真正的多主總線，它帶有競(jìng)爭(zhēng)監(jiān)測(cè)和仲裁電路。當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，總線系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行沖突監(jiān)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)傳送速率為１００ｋＢ／ｓ，快速方式下可達(dá)４００ｋＢ／ｓ；同步時(shí)鐘可以作為停止或重新啟動(dòng)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，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(shí)鐘總線（ＳＣＬ）都為高電平時(shí)，為不忙狀態(tài)；

（２）當(dāng)ＳＣＬ為高電平時(shí)，ＳＤＡ電平由高變低時(shí)，數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始。所有的操作必須在開(kāi)始之后進(jìn)行；

（３）當(dāng)ＳＣＬ為高電平時(shí)，ＳＤＡ電平由低變?yōu)楦邥r(shí)，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(jìn)行；

（４）數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)換開(kāi)始后，當(dāng)時(shí)鐘線ＳＣＬ為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線ＳＤＡ必須保持穩(wěn)定。若數(shù)據(jù)線ＳＤＡ改變時(shí)，必須在時(shí)鐘線ＳＣＬ為低電平時(shí)方可進(jìn)行。

２ AT89C51與MAX517的I2C數(shù)據(jù)通信

２．１ ＭＡＸ５１７簡(jiǎn)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(gè)設(shè)備之間進(jìn)行通訊。

ＭＡＸ５１７采用單５Ｖ電源工作。該芯片的引腳圖見(jiàn)圖１所示。各引腳的具體說(shuō)明如下：

１腳（ＯＵＴ）：Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換輸出端；

２腳（ＧＮＤ）：接地；

３腳（ＳＣＬ）：時(shí)鐘總線；

４腳（ＳＤＡ）：數(shù)據(jù)總線；

５、６腳（ＡＤ１，ＡＤ０）：用于選擇哪個(gè)Ｄ／Ａ通道的轉(zhuǎn)換輸出？由于ＭＡＸ５１７只有一個(gè)Ｄ／Ａ，所以，使用時(shí)，這兩個(gè)引腳通常接地。

７腳（ＶＣＣ）：電源；

８腳（ＲＥＦ）：參考。

２．２ ＭＡＸ５１７的工作時(shí)序

圖3

圖２是ＭＡＸ５１７的一個(gè)完整的轉(zhuǎn)換時(shí)序。首先應(yīng)給ＭＡＸ５１７一個(gè)地址位字節(jié)。ＭＡＸ５１７在收到地址字節(jié)位后，會(huì)給ＡＴ８９Ｃ５１一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。然后，在給ＭＡＸ５１７一個(gè)控制位字節(jié)，ＭＡＸ５１７收到控制位字節(jié)位后，再給ＡＴ８９Ｃ５１發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。之后，ＭＡＸ５１７便可以給ＡＴ８９Ｃ５１發(fā)送８位的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（一個(gè)字節(jié)）。ＡＴ８９Ｃ５１收到數(shù)據(jù)之后，再給ＭＡＸ５１７發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。至此，一次轉(zhuǎn)換過(guò)程完成。

ＭＡＸ５１７的一個(gè)地址字節(jié)格式如下：

BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0

01011AD1AD00

其中，前三位０１０出廠時(shí)已設(shè)定。對(duì)于ＭＡＸ５１７，ＢＩＴ４和ＢＩＴ３這兩位應(yīng)取為１。因?yàn)橐粋€(gè)ＡＴ８９Ｃ５１上可以掛４個(gè)ＭＡＸ５１７，而具體是對(duì)哪一個(gè)ＭＡＸ５１７進(jìn)行操作，則由ＡＤ１、ＡＤ０的不同取值來(lái)控制。

ＭＡＸ５１７的控制字節(jié)格式如下：

BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0

R2R1R0RSTPDXXA0

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(shí)復(fù)位所有的寄存器；ＰＤ 為電源工作狀態(tài)位，為１時(shí)，ＭＡＸ５１７工作在４μＡ的休眠模式，為０時(shí)，返回正常的操作狀態(tài)；Ａ０為地址位，對(duì)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(jī)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(dòng)復(fù)位，也可手工復(fù)位。利用該電路可以用數(shù)碼管來(lái)顯示０－２５５個(gè)數(shù)字量，圖中，采用ＭＡＸ７２１９作為數(shù)碼驅(qū)動(dòng)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(gè)地址字節(jié)５８Ｈ，之后從設(shè)備則發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，主設(shè)備接到應(yīng)答后，再發(fā)給從設(shè)備一個(gè)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(gè)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(jiàn)圖４所示。具體的程序代碼如下：

程序開(kāi)始時(shí)，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(gè)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(yǔ)

由于該系統(tǒng)可通過(guò)單片機(jī)給ＭＡＸ５１７發(fā)送０－２５５的數(shù)字量，并且可用數(shù)碼管顯示，同時(shí)，用示波器還可觀測(cè)相應(yīng)的電壓變化，直觀性非常好。同樣，該程序?qū)纹瑱C(jī)與ＭＡＸ５１８、ＭＡＸ５１９等的通信都具有參考價(jià)值。