基于單片機I2C總線數字存儲IC卡設計資料

ID:954753 · 發表于 2021-7-20 15:58

隨著單片機擴展越來越多，單片機的存儲單元和數據總線傳輸端口并不足夠支持外部設備的擴展和數據的傳輸。如何解決單片機外部總線和存儲器的擴展成為一個必須解決的問題之一。
本文基于I2C總線數字存儲IC卡設計，以AT89S52單片機為核心，以匯編語言作為軟件設計程序的外部存儲IC卡設計。I2C總線是一種簡單、雙向二線制同步串行總線，它只需要兩條線（串行時鐘線和串行數據線）即可在連接于總線上的器件之間的傳送信息。主器件用于啟動總線傳送數據，并產生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件．在總線上主和從、發和收的關系不是恒定的，而取決于此時數據傳送方向。本設計并輔以鍵盤進行數據的寫入和地址的選擇，由LCD進行寫入數據的選擇和顯示。在單片機端加入讀寫提示指示燈使用戶能夠更好的知道單片機的工作狀況。LCD、鍵盤、指示燈更大程度的提高了I2C總線數字存儲IC卡使用時的人機交互。使本裝置更加偏向實用。
本設計以Keil軟件進行程序的編寫，再聯調Proteus軟件進行物理仿真，深化和擴充了在單片機原理及相關方面的基本知識、基本理論和基本技能熟悉設計過程，了解設計步驟，掌握設計內容，培養設計電路、實現軟件編程和編寫設計說明書能力的目的，為今后從事相關方面的實際工作打下良好基礎。

1.2 I2C總線的主要特性
1.總線只有兩條線，串行時鐘線和串行數據線；
2.每個連到總線上的器件都可由軟件以唯一的地址尋址，并建立簡單的主-從關系，主器件既可作為發送器，也可作為接收器；
3.它是一個真正的多主總線，帶有競爭檢測和仲裁電路,可使多主機任意同時發送而不破壞總線上的數據；
4.同步時鐘允許器件通過總線以不同的波特率進行通信；
5.同步時鐘可以作為停止和重新啟動串行口發送的握手方式；
6.連接到同一總線的集成電路數只受400 pF的最大總線電容的限制；
I2C總線極大地方便了系統設計者，無須設計總線接口，因為總線接口已經集成在片內了，而使設計時間大為縮短，并且從系統中移去或增加集成電路芯片對總線上的其他集成電路片沒有影響。I2C總線的簡單結構便于產品改型或升級，改型或升級時只需從總線上取消或加相應的集成電路芯片即可。

1.使用AT89C52單片機、I2C串行AT24C02存儲器、4×4鍵盤、6位LED顯示器和2個發光二極管（D1和D2）設計一個基于I2C總線數字存儲IC卡。
2.通過鍵盤向IC卡寫入256個任意數據，并在6位LED顯示器上顯示存儲單元和寫入的相應數據，例如：10H：66，寫入一個數據點亮一次發光二極管D1。
3.通過鍵盤輸入存儲單元地址，將已寫入IC卡該單元的數據讀出，并在6位LED顯示器上顯示存儲單元和讀出的相應數據，例如：30H：88，讀出一個數據點亮一次發光二極管D2。
4.鼓勵新創意，增加新功能。

設計內容和設計要求
1.采用AT89C52單片機作為主控芯片，設計硬件電路。
2.采用AT89C52單片機匯編語言，完成軟件編程。
3.采用Keil和Proteus軟件完成系統的硬件設計、軟件編程及系統調試。
2.3 功能說明
利用AT89C52單片機作為核心部件，對AT24C02存儲卡進行指定地址的內容寫入。數據的讀取和寫入通過鍵盤來進行控制。寫入數據時，由鍵盤給出要寫入的數據，單片機進行地址的給定，寫入數據指示燈亮，LCD第一行顯示寫入的數據，第二行顯示該數據所存儲的地址。讀取數據時，由鍵盤給出要讀取數據的地址，單片機通過I2C進行數據的讀取，讀取數據指示燈亮，LCD第一行顯示你所輸入的數據的地址，第二行顯示該地址所存儲的數據。按鍵的輸入采用矩陣式查詢方法進行按鍵的輸入，LCD通過對位的控制進行分別顯示。24C02C存儲卡進行數據的存儲，通過過SCK和SDA來控制。

3.1 利用I2C總線進行系統擴展

I2C總線接口的電氣結構如圖3.1所示，組成I2C總線的串行數據線SDA和串行時鐘線SCL必須經過上拉電阻Rp接到正電源上,連接到總線上的器件的輸出級必須為“開漏”或“開集”的形式，以便完成“線與”功能。SDA和SCL都為雙向I/O口線，總線空閑時皆為高電平。總線上數據傳送最高速率可達100KB/s。

圖3.1 I2C總線接口電氣結構

I2C總線上可以實現多主雙向同步數據傳送，所有主器件都可發出同步時鐘，但由于SCL接口的“線與”結構，一旦一個主器件時鐘跳變為低電平，將使SCL線保持為低電平直至時鐘達到高電平，因此SCL線上時鐘低電平期間由各器件中時鐘最長的低電平時間決定，而時鐘高電平時間則由高電平時間最短的器件決定。

為了使多個主機數據能夠正確傳送，I2C總線中帶有競爭檢測和仲裁電路。總線競爭的仲裁及處理由內部硬件電路來完成。當兩個主器件發送相同數據時，不會出現總線競爭。當兩個主器件發送不同數據時，才出現總線競爭。其競爭過程如圖3.2所示。當某一時刻主器件1發送高電平，而主器件2發送低電平，此時由于SDA的“線與”作用，主器件1發送的高電平在SDA線上反映的是主器件2的低電平狀態，這個低電平狀態通過硬件系統反饋到數據寄存器中，與原有狀態比較，因不同而退出競爭。

圖3.2 總線競爭過程

I2C總線可以構成多主數據傳送系統，但只有帶CPU的器件可以成為主器件。主器件發送時鐘、啟動位、數據工作方式，從器件則接收時鐘及數據工作方式。接收或發送由數據的傳送方向決定。I2C總線上數據傳送時的啟動、結束和有效狀態都由SDA、SCL的電平狀態決定，在I2C總線規程中啟動和停止條件規定如下。

①啟動條件:在SCL為高電平時，SDA出現一個下降沿，則啟動I2C總線。

②停止條件:在SCL為高電平時，SDA 出現-一個上升沿，則停止使用I2C總線。

除了啟動和停止狀態，在其余狀態下，SCL 的高電平都對應于SDA的穩定數據狀態。每一個被傳送的數據位由SDA線上的高、低電平表示，對于每一個被傳送的數據位都在SCL線上產生一個時鐘脈沖。時鐘脈沖在高電平期間時，SDA線上的數據必須穩定，否則將被認為是控制信號。SDA只能在時鐘脈沖SCL為低電平期間時改變。

啟動條件執行后總線為“忙”，在結束信號過后的一定時間內總線被認為是“空閑”的。在啟動和停止條件之間可傳送的數據不受限制，但每個字節必須為8位。首先傳送最高位，采用串行傳送方式，但在每個字節之后必須跟一個響應位。主器件收/發每個字節后產生一個時鐘應答脈沖，在這期間，發送器必須保證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之后不發應答信號，也稱為非應答信號(NOT ACK)。當從器件不能再接收另外的字節時，也會出現這種情況。I2C總線的數據傳送如圖3.3所示。

圖3.3 I2C總線的數據傳送

3.2 24C02與AT89C52單片機接口的Proteus仿真電路3.2.1仿真電路

如圖3.4所示為24C02與AT89C52單片機接口的Proteus仿真電路，給出一個采用普通AT89C52單片機模擬IC總線時序來擴展串行外部EEPROM存儲器24C02。24C02 是一種I2C接口EEPROM器件，它具有256x8位的存儲容量，工作于從器件方式，每個字節可擦/寫100萬次,數據保存時間大于40年。寫入時具有自動擦除功能,還有頁寫入功能，可一次寫入16字節。24C02 芯片采用8腳DIP封裝，有Vcc、Vss 電源引腳，SCL、SDA通信引腳，A0、A1、A2地址引腳和WP寫保護引腳。WP腳接Vcc時，禁止寫入高位地址(100H~1FFH)， WP腳接Vss時，允許寫入任何地址。A1和A2決定芯片的從機地址，可接Vcc或Vss, A0不用，應接Vcc或Vss。

圖3.4 24C02C與AT89C52單片機接口電路的仿真電路圖

ACK BIT 10H ;應答標志位
SLA EQU 50H ;器件地址字
SUBA EQU 51H ;器件子地址
NUMBYTE EQU 52H ;讀/寫字節數
SDA BIT P1.7
SCL BIT P1.6 ;單片機i/o口線定義
MTD EQU 30H ;發送數據緩存區首地址（30H~3FH）
MRD EQU 40H ;接收數據緩存區首地址（40H~4FH）
ORG 0000H
LJMP MAIN ;跳轉到主程序
ORG 0030H
;***********************************************************
; IWRNBYTE子程序
; 功能：向器件指定子地址寫n個數據
; 相關入口參數：器件地址字SLA（代表哪個器件），子地址SUBA（代表數據要往哪放），發送區首地址 MTD，發送的字節數NUMBYTE
;***********************************************************
IWRNBYTE: MOV R3,#NUMBYTE
LCALL START ;啟動總線
MOV A ,#SLA
LCALL WRBYTE ;發送器件地址(這一步是為了找到是哪個拓展)
LCALL CACK ;當ACK=1時說明有應答
JNB ACK,RETWRN ;如果沒有應答的話，直接退出
MOV A, #SUBA ;把數據要放到哪給了寄存器A
LCALL WRBYTE ;這一步是為了找到要放的地方（寄存器）
LCALL CACK
MOV R1,#MTD ;這一步事單片機要從哪個地方取數據
WRDA: MOV A,@R1
LCALL WRBYTE ;要把A里面的數據發送出去，就發送到剛剛找到的單元
LCALL CACK
JNB ACK,IWRNBYTE ;如果沒有應答則需要重新來過
INC R1 ;有應答的話，則次數加1
DJNZ R3,WRDA
RETWRN: LCALL STOP
RET
;****************************************************************
; IRDNBYTE子程序
; 功能：從器件指定子地址讀n個數據
; 相關入口參數：器件地址字SLA（代表哪個器件），子地址SUBA（代表數據要往哪放），接收區首地址 MTD，接收的字節數NUMBYTE
;***************************************************************
IRDNBYTE: MOV R3,#NUMBYTE
LCALL START ;啟動總線
MOV A,#SLA
LCALL WRBYTE ;發送器件地址(這一步是為了找到是哪個拓展)
LCALL CACK ;當ACK=1時說明有應答
JNB ACK,RETRDN ;如果沒有應答的話，直接退出
MOV A,#SUBA ;把數據要放到哪給了寄存器A
LCALL WRBYTE ;這一步是為了找到要放的地方（寄存器）
LCALL CACK
LCALL START ;重新啟動總線
MOV A,#SLA
INC A
LCALL WRBYTE
LCALL CACK
JNB ACK,IRDNBYTE
MOV R0,#MRD ;這一步是單片機要從哪個地方取數據
RON1: LCALL RDBYTE
MOV @R0,A
DJNZ R3,SACK
LCALL MNACK ; 功能:發送非應答信號子程序
RETRDN: LCALL STOP
RET
SACK: LCALL MACK ; 功能:發送應答信號子程序
INC R1
SJMP RON1
;***************************************************************
; 名稱：START子程序
; 功能：啟動iic總線子程序，發送iic起始條件
;***************************************************************
START: SETB SDA ;發送起始條件數據信號
NOP ;起始條件建立時間大于4.7us
SETB SCL ;發送起始條件的時鐘信號
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP ;起始條件鎖定時間大于4.7us
CLR SDA ;發送起始信號
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP ;起始條件鎖定時間大于4.7us
CLR SCL ;鉗住iic總線，準備發送或者接收數據
NOP
RET
;****************************************************************
; 名稱：STOP子程序
; 功能：停止iic總線子程序，發送iic停止條件
;*****************************************************************
STOP: CLR SDA ;發送停止條件的數據信號
NOP ;起始條件建立時間大于4.7us
SETB SCL ;發送停止條件的時鐘信號
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP ;時間大于4.7us
SETB SDA ;發送停止信號
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP ;延遲時間大于4.7us
NOP
RET
;**************************************************************
; 名稱：WRBYTE子程序
; 功能:發送字節子程序，發送的前面必須是字節數據放入acc
; ★必須牢牢把握住，我們SDA不管是傳送高電平還是低電平，都必須是它先有了值，然后把時鐘線置位高電平，就開始傳送
;**************************************************************
WRBYTE:MOV R0,#08H
WLP: RLC A ;取數據位
JC WRI
SJMP WRO ;判斷數據位
WLP1: DJNZ R0,WLP
NOP
RET
WRI: SETB SDA ;發送1
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP ;延遲時間大于4.7us
NOP
CLR SCL
SJMP WLP1
WRO: CLR SDA ;發送0
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP ;延遲時間大于4.7us
NOP
CLR SCL
SJMP WLP1
;******************************************************************
; 名稱：RDBYTE子程序
; 功能:讀取字節子程序，讀出的字節數據放入acc
; ★這里需要記住的就是，SDA的高低電平就是咱要讀取的數據
;******************************************************************
RDBYTE: MOV R0,#08H
RLP: SETB SDA
NOP
SETB SCL ;時鐘線為高，接收數據位
NOP
NOP
MOV C,SDA
MOV A,R2
CLR SCL ;將SCL拉低，時間大于4.7us
RLC A
MOV R2,A
NOP
NOP
NOP
DJNZ R0,RLP
RET
;*****************************************************************
; 名稱：CACK子程序
; 功能:檢查應答位子程序，返回值 ACK=1時表示有應答
;★這里要注意的是，我們SCL上的時鐘信號是按照系統的自己的頻率有一個脈沖
;******************************************************************
CACK: SETB SDA
NOP
NOP
SETB SCL
CLR ACK
NOP
NOP
MOV C,SDA
JC CEND
SETB ACK ;判斷應答位
CEND: NOP
CLR SCL
NOP
RET
;******************************************************************
; 名稱：MACK子程序
; 功能:發送應答信號子程序
;******************************************************************
MACK: CLR SDA ;將SDA置0
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR SCL
NOP
NOP
RET
;***************************************************************
; 名稱：MNACK子程序
; 功能:發送非應答信號子程序
;***************************************************************
MNACK: SETB SDA ;將SDA置1
NOP
NOP
SETB SCL
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR SCL
NOP
NOP
RET
;************************************************************
; 名稱：主程序
;************************************************************
MAIN: MOV R4,#0F0H ;延時等待其它芯片復位完成
DJNZ R4,$
;發送數據緩存區初始化，將16個連續字節賦值為00H-0FH
MOV A,#34H
MOV R0,#30H
S1: MOV @R0,A
INC R0
;INC A
CJNE R0,#40H,S1
;
;MOV R0,#32H
;MOV A,@R0
;MOV P3,A
;SJMP $
;向24C02C中寫數據，數據存放在24C02C中50H開始的16個字節中
MOV SLA,0A0H ;24C02C芯片地址
MOV SUBA, 50H ;片內地址
MOV NUMBYTE ,16 ;傳送數據字節數
LCALL IWRNBYTE ;寫數據
DELAY: MOV R5,#20
D1: MOV R6,#248
D2: MOV R7,#248
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D2
DJNZ R5,D1
;從24C02C中讀數據，數據存放在單片機中50H開始的16個字節中
MOV SLA,0A0H ;24C02C芯片地址
MOV SUBA, 50H ;片內地址
MOV NUMBYTE ,16 ;傳送數據字節數
LCALL IRDNBYTE
;SJMP [ DISCUZ_CODE_9 ]nbsp;
MOV R0,#50H
MOV A,@R0
MOV P2,A
SJMP $
END

復制代碼

仿真圖丟失了,大家自己畫一下吧.
Word格式文檔51黑附件下載：

單片機51hei設計　１.０版.docx (1.05 MB, 下載次數: 9)

帳號		自動登錄	找回密碼
密碼			立即注冊

欧美极品高清xxxxhd,国产日产欧美最新,无码AV国产东京热AV无码,国产精品人与动性XXX,国产传媒亚洲综合一区二区,四库影院永久国产精品,毛片免费免费高清视频,福利所导航夜趣136

基于單片機I2C總線數字存儲IC卡設計資料

評分