MAX517與單片機的I2C總線數據通信

摘要：介紹了I2C總線的特點及數據通信的基本協議，并以AT89C51單片機與美國MAXIM公司的８位電壓輸出ＤＡＣ數模轉換器MAX517之間的通信為例，詳細介紹了通過I2C總線進行數據通信的具體硬件電路連接和其通信子程序的編程方法。

關鍵詞：I2C總線；AT89C51；MAX517；數據通信

１ Ｉ２Ｃ總線的特點及基本通信協議

Ｉ２Ｃ總線是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司開發的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線？串行數據線和串行時鐘線？即可使連接于總線上的器件之間實現信息傳送，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約通信線數目，從而減少了硬件所占空間。因為總線已集成在片內，所以大大縮短了設計時間，此外，在從系統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成：串行數據線（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系，其中主器件既可以作為發送器，又可以作為接收器；

Ｉ２Ｃ總線是一個真正的多主總線，它帶有競爭監測和仲裁電路。當多個主器件同時啟動設備時，總線系統會自動進行沖突監測及仲裁，從而確保了數據的正確性；

Ｉ２Ｃ總線采用８位、雙向串行數據傳送方式，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送的握手方式；連接到同一總線的集成電路數目只受４００ｐＦ的最大總線電容的限制。

１．２ Ｉ２Ｃ總線數據通信基本協議

利用Ｉ２Ｃ總線進行數據通信時，應遵守如下基本操作：

（１）總線應處于不忙狀態，當數據總線（ＳＤＡ）和時鐘總線（ＳＣＬ）都為高電平時，為不忙狀態；

（２）當ＳＣＬ為高電平時，ＳＤＡ電平由高變低時，數據傳送開始。所有的操作必須在開始之后進行；

（３）當ＳＣＬ為高電平時，ＳＤＡ電平由低變為高時，數據傳送結束。在結束條件下，所有的操作都不能進行；

（４）數據的有效轉換開始后，當時鐘線ＳＣＬ為高電平時，數據線ＳＤＡ必須保持穩定。若數據線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數據通信

２．１ ＭＡＸ５１７簡介

ＭＡＸ５１７是ＭＡＸＩＭ公司生產的８位電壓輸出型ＤＡＣ數模轉換器，它帶有Ｉ２Ｃ總線接口，允許多個設備之間進行通訊。

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轉換輸出端；

２腳（ＧＮＤ）：接地；

３腳（ＳＣＬ）：時鐘總線；

４腳（ＳＤＡ）：數據總線；

５、６腳（ＡＤ１，ＡＤ０）：用于選擇哪個Ｄ／Ａ通道的轉換輸出？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3

圖２是ＭＡＸ５１７的一個完整的轉換時序。首先應給ＭＡＸ５１７一個地址位字節。ＭＡＸ５１７在收到地址字節位后，會給ＡＴ８９Ｃ５１一個應答信號。然后，在給ＭＡＸ５１７一個控制位字節，ＭＡＸ５１７收到控制位字節位后，再給ＡＴ８９Ｃ５１發一個應答信號。之后，ＭＡＸ５１７便可以給ＡＴ８９Ｃ５１發送８位的轉換數據（一個字節）。ＡＴ８９Ｃ５１收到數據之后，再給ＭＡＸ５１７發一個應答信號。至此，一次轉換過程完成。

ＭＡＸ５１７的一個地址字節格式如下：

BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0

01011AD1AD00

其中，前三位０１０出廠時已設定。對于ＭＡＸ５１７，ＢＩＴ４和ＢＩＴ３這兩位應取為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的控制字節格式如下：

BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0

R2R1R0RSTPDXXA0

在該字節格式中，Ｒ２、Ｒ１、Ｒ０已預先設定為０；ＲＳＴ為復位位，該位為１時復位所有的寄存器；ＰＤ 為電源工作狀態位，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；Ａ０為地址位，對于ＭＡＸ５１７，該位應設置為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，是市面上應用相當廣泛的一種產品。

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，既可自動復位，也可手工復位。利用該電路可以用數碼管來顯示０－２５５個數字量，圖中，采用ＭＡＸ７２１９作為數碼驅動電路，若將ＭＡＸ５１７的輸出引腳連接到示波器上，還可以顯示相應的模擬電壓的變化情況。

３ MAX517與AT89C51的通信子程序

該系統應將ＭＡＸ５１７作為從設備，ＡＴ８９Ｃ５１作為主設備。首先主設備向從設備發送一個地址字節５８Ｈ，之后從設備則發一個應答信號，主設備接到應答后，再發給從設備一個控制字節００Ｈ，當從設備接到該控制字節后，再發給主設備一個應答。之后主設備便可發給從設備要轉換的８位數據。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

ｖｏｉｄ Ｓｔａｒｔ（ｖｏｉｄ）

{

ＳＤＡ＝１；

ＳＣＬ＝１；

ＮＯＰ；

ＳＤＡ＝０；

ＮＯＰ；

}

／／停止條件子函數

ｖｏｉｄ Ｓｔｏｐ（ｖｏｉｄ）

{

ＳＤＡ＝０;

ＳＣＬ＝１;

ＮＯＰ;

ＳＤＡ＝１;

ＮＯＰ;

}

／／應答子函數

ｖｏｉｄ Ａｃｋ（ｖｏｉｄ）

{

ＳＤＡ＝０;

ＮＯＰ;

ＳＣＬ＝１;

ＮＯＰ;

ＳＣＬ＝０;

}

／／發送數據子程序，Ｄａｔａ為要發送的數據

ｖｏｉｄ Ｓｅｎｄ（ｕｃｈａｒ Ｄａｔａ）

{

ｕｃｈａｒ ＢｉｔＣｏｕｎｔｅｒ＝８; ／／位數控制

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;

}

／／讀一個字節的數據，并返回該字節值

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　結束語

由于該系統可通過單片機給ＭＡＸ５１７發送０－２５５的數字量，并且可用數碼管顯示，同時，用示波器還可觀測相應的電壓變化，直觀性非常好。同樣，該程序對單片機與ＭＡＸ５１８、ＭＡＸ５１９等的通信都具有參考價值。