单片机i2c串行接口扩展设计(word档)p

单片机i2c串行接口扩展设计(word档)p内容摘要：

最终成绩评定 (依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文 (设计 )评分的相关规定 ) 等级 (五级制 )： _______ 答辩小组组长 (签名 ) ： 秘书 (签名 )： 年 月 日 院 (系 )答辩委员会主任 (签名 )： 院 (系 )(盖章 ) 摘要 XVI 单片机 I2C 串行接口扩展设计 学生：陈 诚 ,电信学院 指导教师：徐爱钧 /教授 摘要 目前比较流行的串行扩展总线中， I2C 总线以其严格的规范和众多支持 12C接口的外围器件而获得了广泛的应用。 它适合于较复杂单片机应用系统中元件与芯片之间的短距离通信，主要应用于板级的 IC通信。 随着科技的发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传动检测技术日益更新。 在实时监测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，还应根据具体的硬件结构，以及针对应用对象的点的软件结合，加以完善。 本文介绍了一种基于单片机的密码锁系统。 系统采用单片机和 1602LCD 作为密码锁的控制和显示核心，并通过控制按键对 24C04 E2PROM 进行设置，最终实现对密码锁各状态的控制。 系统采用上电自动复位，利用 1602LCD 液晶显示密码锁各状态和面向用户的接口，密码采用 „*‟代替显示，能够实现 加密、解锁初始化、实现密码锁的一般基本功能。 系统通过一个直流稳压电路为系统提供 +5V的直流电源。 该密码锁系统使用方便，密码可修改，有一定的实用价值。 关键词 12C总线；系统硬件接口软件； 设计功能模块； abstract XVII The Design of I2C Bus in Serial Extension of Microcontroller Student： Chen cheng, The College of Telemunication Science Teacher： Xu aijun Abstract There are many kinds of serial expansion bus, 12C bus is used widely because of its strict standard and a great number of periphery parts which support 12C port very well. The 12C bus is adapt to shortdistance munication between ponent and chips in the more plicated singlechip microputer (SCM) application system. It is mainly used for IC munication of the board grade. As the development of science and technology, the application of SCM is more popular and drive transmission detection technology is update everyday. SCM is a core ponent in the use of SCM application system of real time monitoring and automatic control, but it needs some improvement according to specific hardware structure and high targeted software. This paper introduces a coded lock system based on SCM. This system uses the SCM and 1602LCD as the control and display kernel of coded lock, sets 24C04 EEPROM through control key, then it succeed in controlling all the states of the coded lock. It adopts automatic reset, and uses the 1602LCD to display every state of coded lock and the user oriented connecter, the code is showed as „*‟. This system can realize the encryption, unlock initialization and other mon function. The 5V directcurrent power of system is offered by a DC constant voltage circuit. This coded lock system is convenient, the code can be change, has some practical value. Key words 12C bus system interface of the hardware design of the software function module前言 XVIII 前言 I2C 总线产生于在 80 年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。 例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。 可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理 [18]。 I2C 是一种较为常用的串行接口标准，具有协议完善、支持芯片较多和占用 I/O线少等优点。 I2C 总线作为 PHILIPS 公司为有效实现电子器件之间的控制而开发的一种简单的双向两线总线。 现在， I2C 总线已经成为一个国际标准， 在超过 100 种不同的 IC 集成电路上实现，得到超过 50 家公司的许可，应用涉及家电、通信、控制等众多领域，特别是在 ARM 嵌入式系统开发中得到广泛应用。 近年来，随着半导体技术的不断发展，陆续出现了一些新的数据要求非常严格的芯片，比较典型的有基于 I2C 总线接口的 24 系列，基于 SPI 总线的 25 系列，以及并行总线接口的 28 系列， 29 系列，这些芯片的特点是芯片掉电后数据不会丢失，数据可以保存几年、甚至几十年，这些芯片采用 I2C、 SPI 或 Microwire 串行总线协议，与单片机接口通常仅占用 2～ 4 个 I/O 口，可以最大限度 地节省单片机的资源，并且数据可以反复擦写。 本课题目的是用 I2C 总线来扩展单片机 ROM。 实现存储功能。 选题的背景 第 1 页 共 74 页 单片机 I2C 串行接口扩展设计 学生：陈 诚 指导教师：徐爱钧 /教授 1 选题的背景 随着电子科学技术的飞速发展，存储器件也不断的更新换代，人们与存储器件的关系也越来越密切。 从汞延迟线、磁带、磁鼓、磁心到磁盘、光盘以及纳米存储，每一次的技术的进步都拉近了人与存储器之间的距离。 有了存储器，计算机才具有记忆功能，从而实现程序存储，使计算机能够自动高速地进行各种复杂的运算。 存储器大致可分 为两大类：易失和非易失。 易失存储器在系统关闭时立即失存储在内的信息；它需要持续的电源供应以维持数据。 大部分的随机存储器（ RAM）都属于易失存储器。 非易失存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。 一个非易失存储器（ NVM）器件通常也是一个MOS 管，拥有一个源极，一个漏极，一个门极另外还有一个浮栅（ FLOATING GATE）。 它的构造和一般的 MOS 管略有不同：多了一个浮栅。 浮栅被绝缘体隔绝于其他部分。 非易失存储器又可分为两类：浮栅型和电荷阱型。 Kahng 和 Sze 在 1967 年发明了第一 个浮栅型器件，在这个器件中，电子通过 3nm 厚度的氧化硅层隧道效应从浮栅中被转移到 substrate 中。 隧道效应同时被用于对期间的编程和擦除，通常它适用于氧化层厚度小于 12nm。 储存在浮栅中的电荷数量可以影响器件敌值电压，由此区分期间状态的逻辑值 1 或 0。 在浮栅型存储器中，电荷被储存在浮栅中，它们在无电源供应的情况下仍然可以保持。 所有的浮栅型存储器都有着类似的原始单元架构。 第一个门极被埋在门极氧化层和极间氧化层之间，极间氧化层的作用是隔绝浮栅区，它的组成可以是氧 氮 氧，或者二氧化硅。 包围在器件周围的 二氧化硅层可以保护器件免受外力影响。 第二个门极被称为控制门极，它和外部的电极相连接。 浮栅型器件通常用于 EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)和 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)。 选题的背景 第 2 页 共 74 页 电可擦除可编程 EEPROM 在应用系统中既可由软件对其内容进行随机读写，又可在芯片断电的情况下长期保存片内信息，因此兼备了 RAM 和 ROM 的基本特点。 EEPROM 有串行和并行两大类。 并行 EEPROM 存储容量较大，读写方法简单，但价格较高，适用于信息量较多的场合。 串行 EEPROM 结构简单紧凑，价格低廉，但其读写方法复杂，存储单元较小，一般用于掉电情况下需要保存或一些数据需要在线修改的场合，这类数据不多却很重要，若使用常规的 RAM 芯片，就必须附带一套性能可靠的掉电保护系统，这不仅增加了线路设计的复杂性，同时也给设备的运行和维护带来了诸多不便。 使用串行 EEPROM 来存储这类数据是最合适不过的。 尤其随着当今智能化仪表趋于小型化，再加上真正需要保存的以及预设的数据位、控制位、保密位并不占据太多 的存储空间，串行 EEPROM 的体积小，功耗低，硬件接口非常简单，因而越来越受到人们的重视，在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到广泛的应用。 在测量仪器中使用 EEPROM 保存数据，这是仪器具有校准、标定功能的基本条件 EEPROM 读写数据安全可靠保证了在测量过程中数据稳定。 但和 Flash 存储器进行比较， Flash 存储器结合了以往 EPROM 结构简单、密度高和 EEPROM 在系统的电可擦除性的一些优点，实现了高密度、低成本和高可靠性。 Flash 存储器和传统存储器的最大区别在于它是按块 (sector)擦除 ，按位编程，从而实现了快闪擦除的高速度。 电荷阱型器件是在 1967 年被发明的，也是第一个被发明的电编程半导体器件。 在这类型的存储器中，电荷被储存在分离的氮阱中，由此在无电源供应时保持信息。 电荷阱器件的典型应用是在 MNOS(Metal Nitride Oxide Silicon)， SNOS(Silicon Nitride Oxide Semiconductor)和 SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor)中。 I2C 总线是有 PHILIPS 公司推出的 一种用于芯片间传输数据的串行扩展总线。 他以根数据线（ SDA）和一根时钟线（ SCL）实现了完善的全双工同步数据传送。 与SPI、 MICROWIRE/PLUS 等总线不同， I2C 总线采用了器件地址硬件化得方式，通过软件的寻址避免了片选寻址的方式，最大限度地简化了系统 [20]。 常用的 I2C 总线外围通用器件有： SRAM， EEPROM， ADC/DAC， RTC， I/O 口，DTMF 等。 外边设备模块有 LED 驱动模制器构成的 LED 显示器，各种 LCD 驱动便制器构成的段式图形点阵，字符点阵液晶显示器等。 现在， I2C 计数已在各种单片 机系统，包括家电中得到广泛应用。 方案论证 第 3 页 共 74 页 I2C 总线的特点归纳如下：  二线制的串行总线最大程度地简化了系统结构，提高了可靠性和抗干扰能力；  软件寻址，各节点器件具有应答功能；  多主竞争和总线仲裁的机制；  各节点拥有独立的电气特性，可以在互不影响的情况下，接入或撤出；  系统灵活性 ——在系统功能扩展时，尽可能地小地改动原系统；  节点故障可进行跟踪诊断，调试方便，维护性好；  标准模式下数据传送速率可达 100Kb/s，快速模式下可达 4000Kb/s；  总线驱动能力受总线电容限制，不加驱动扩展时驱动能力为 400pF。 2 方案论证 在 80C51单片机、常用数字逻辑接口器件、 ROM、 RAM 存储器器件、键盘显示器等所组成的单片机系统上，设计一种 I2C 接口 EEPROM 存储器扩展电路，要求通过 8051单片机的 I/O 端口模拟实现 I2C 工作时序。 分析功能；根据需要通过按键设定存储器的存储器格式、进行读写、设。