基于单片机的I2C总线系统设计

ＩｓＣ总线硬件接口设计
在进行１２Ｃ总线硬件接口设计时使用的是Ｐｈｉｌｉｐｓ
公司生产的Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机，其片内的１２Ｃ总线 逻辑提供了符合１２Ｃ总线规范的串口，它们具有性能 稳定、速度快、使用方便等优点。
２．１
Ｐ８９Ｃ６６ｘ系列单片机１２Ｃ总线接口引脚设计 Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机有４４引脚的ＬＱＦＰ封装和
６
用中，根据情况的不同，将面临的问题也将更加复杂， 比如：抗干扰性问题、传输效率问题、安全性问题、同步 特性等一系列问题。混沌系统作为信息安全领域的新 生力量，在如今信息高度发达的社会起到越来越重要 的作用。今后，混沌在信息安全领域必定会得到更广 泛的应用，充分发挥其价值。 参考文献
［１１杨义先，钮心忻，任金强．信息安全新技术［Ｍ］．北京： 北京邮电大学出版社，２００２． ［２］陈关荣，吕金虎．Ｌｏｒｅｎａ系统族的动力学分析，控制与
口的软件设计
针对Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机的１２Ｃ总线进行软件 程序设计，首先要了解１２Ｃ总线的２６个状态，其次要 根据应用中要求的模式来设定各个寄存器，最后编写 出完整的应用程序。下面讨论一下Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单 片机的１２Ｃ总线以主模式工作的软件设计方法。
３．１
图２有子地址器件发送和接收数据流程图
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。文章中介绍了基于单片机的 １２ｃ总线系统设计过程，其中包括了硬件和软件的设计。 关键词 １２Ｃ总线系统硬件接口 软件设计功能模块
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ １２ Ｃ ｂｕｓ
ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＳＣＭ
Ｃｈｅｎ Ｇｕａｎｇｊｉａｎ Ｊｉａ Ｊｉｎｌｉｎｇ
第２７卷第６期增刊 ２００６年６月
仪器仪表学报
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
Ｖ０１－２７
Ｎｏ．６
Ｊｕｎ．２００６
基于单片机的１２ Ｃ总线系统设计
陈光建
（四川Ｉ理工学院计算机科学系
贾金玲
自贡６４３０００）
摘要
目前比较流行的串行扩展总线中，１２Ｃ总线以其严格的规范和众多支持１２Ｃ接ＶＩ的外围器件而获得了广泛的应用。
结束语
［３］
同步［Ｍ］．北京：科学出版社，２００３． 张志涌．精通ＭＡＴＬＡＢ ６．５版［Ｍ］．北京：北京航空航 天大学出版社，２００３．
我们研究的所有结果都是通过仿真得到的，在实
（上接第２４６６页）
三纂鉴竺翌罂，竺望兰，絮芝篓２霎孽’要
到完全达到设计的要求，再开始下一个模块的设计，这 样所有模块设计完成后，可以直接连入系统进行最后 的整合工作，如此整个调试过程中出现的任何问题都 可以直接找到对应的部分，降低系统调试的难度。 总之，进行１２Ｃ总线的设计，其模块化的设计思想 符合现代硬件系统开发潮流。由于单片机的广泛应 用，对基于单片机的ＩｚＣ总线系统的设计与开发的研 究具有十分重要的意义。
从地址外，部分器件还可以具有子地址。在对子地址 指向的空间通信时，主器件需要依次发送从地址和子 地址才可以正常寻址。其实现过程与前面发送和接收 字节的过程基本相同，只是要注意发送器件从地址后， 还要发送一个子地址信息才可以继续发送或者接收数 据。其编程流程如图２所示。
３基于Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机的１２Ｃ总线接
ｐｒｅｓｅｎｔ．１２ Ｃ ｂｕｓ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ
ｎｏｒｍａｌ
ｎｕｍｅｒｏｕｓ
ｓｕｐｐｏｒｔ １２ Ｃ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｓｔｒｉｃｔ ｒｕｌｅ．Ｉｔ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
２４７２
仪器仪表学报
第２７卷
际应用中是否可行，还有待于实践的检验。在实际应
５初始值敏感性测试
传输的过程中，密文被非法拦截者截获，其破解的 过程即是加密的逆过程。Ｃｈｅｎ系统中有六个初始值 变量，破解时，需要估算出的这六个初始值相当精确时 才能顺利的破解出密文信息。当改变其中任意一个变 量，变量的变化范围在数量１ｅ士１５级以内变化时，混 沌序列就会发生改变。解密出的密文音频为噪声，由 此可见，初始值对与混沌系统的加密是极度敏感的。 正是由于混沌系统对初始值的极度敏感性，才使得隐 藏信息的抗攻击能力和隐藏能力变强。
３．３
用于单片机本身的从地址
用于保存要发送或接收到的数据字节
用于１２Ｃ总线的设置 用于显示当前１２Ｃ总线的状态
２．３
１２ｃ总线系统的设计要点 在硬件系统中应用１２Ｃ总线进行连接控制，可以
向有子地址器件发送和接收字节数据 在１２Ｃ总线器件中，每个器件除了拥有其自身的
有效的减少单片机Ｉ／０端口资源的占用，这在单片机 应用中是十分重要的，这也是１２Ｃ总线得以广泛应用 的主要原因。此外，１２Ｃ总线在设计思想上也是十分突 出的，其模块化的设计思想符合硬件系统设计的潮流。 应用１２Ｃ总线进行设计，可以将整个硬件系统分为不 同的功能模块，每个功能模块分别设计，不会受到其它 模块的影响，设计完成后，使用统一的１２Ｃ总线接口连 入系统，这样的系统各个部分不会相互干扰，每一个模 块只与自身电路相关，大大简化了设计和调试的过程， 也提高了通用设备的复用率。
பைடு நூலகம்
＜
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图１
Ｐ８９Ｃ６６Ｘ的１２Ｃ总线接口引脚
编程实现１２Ｃ总线的功能。
表１ 寄存器
Ｓ１ＡＤＲ Ｓ１ＤＡＴ Ｓ１ＣｏＮ Ｓ１ＳＴＡ
态为主器件已经发送ＳＬＡ＋Ｒ，并且收到应答），表明 地址发送成功，程序准备接收数据字节，否则表示发送
Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机的１２Ｃ总线寄存器
功 能
发生错误。程序在接收字节后判断ＳＩＳＴＡ的值是否 为Ｏｘ５８（０ｘ５８代表的状态是主器件已经收到数据字 节，并返回应答），如果是０ｘ５８，则表示发送数据成功， 此时要将控制寄存器ＳＩＣＯＮ的ＳＩ复位，结束此次 传送。
ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｍｏｄｕｌｅ
在讨论基于单片机的１２Ｃ总线系统的设计与开发
１
引
１２
言
Ｃ（ｉｎｔｅｒ—ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
时，将使用带有１２ｃ总线硬件接口的单片机进行１２Ｃ总 线系统设计的方法。 ｃｉｒｃｕｉｔ）总线是一种由
２
ＰＨＩＬＩＰＳ公司开发的两线式串行总线，用于连接微控 制器及其外围设备。１２ｃ总线产生于８０年代，最初为 音频和视频设备开发，如今主要应用于板级的ＩＣ通信 需要，即主要被用作硬件系统中的电路板上各个ＩＣ芯 片的相互通信的线路，１２ｃ总线在系统设计中十分 常见。 １２Ｃ总线最主要的优点是其简单性和有效性。由 于接口直接在组件之上，因此１２Ｃ总线占用的空间非 常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了 互联成本。总线的长度可高达２５英尺，并且能够以 ｌＯｋｂｐｓ的最大传输速率支持４０个组件。１２Ｃ总线的 另一个优点是，它支持多主控（ｍｕｌｔｉｍａｓｔｅｒｉｎｇ），其中 任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。 一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在 任何时间点上只能有一个主控。
向无子地址器件发送字节数据 当单片机在主模式下向从器件发送字节数据时，
４结束语
在进行１２Ｃ总线的设计与开发时，需要首先将整 体系统的功能进行划分，对各个不同的功能部分进行 独立的设计，最后使用１２Ｃ总线接口将整个系统连接到 一起。值得注意的是，在设计的过程（下转第２４７２页）
首先，单片机要申请总线，在得到总线的控制权后，发 送器件的７ｂｉｔ地址编码，这时判断状态寄存器ＳｌＳＴＡ 的值是否为０ｘ１８（Ｏｘｌ８代表的状态为主器件已经发送 ＳＬＡ＋Ｗ，并且收到应答），如果不是０ｘ１８，则表示发送 发生错误；如果是０ｘ１８，则继续发送数据字节。然后
器共有４个，其功能列于表１，通过对这４个寄存器的
２４６６
Ｐ１
６，ＳＣＬ
Ｐ１．７／ＳＤＡ
Ｉ＇８９Ｃ６６Ｘ
』
Ｒ＜
＜
仪器仪表学报
第２７卷
判断Ｓ１ＳＴＡ的值是否为０ｘ２８（０ｘ２８代表的状态是主
Ｒ
器件已经发送数据寄存器ＳＩＤＡＴ中的数据，并受到应 答），如果是Ｏｘ２８，则表示发送数据成功，此时要将控 制寄存器ＳＩＣＯＮ的ＳＩ复位，结束此次传送。 ３．２从无子地址器件读字节数据 当单片机在主模式下向从器件读字节数据时，单 片机在申请到总线后发送从器件地址，随后检测总线 状态，如果Ｓ１ＳＴＡ寄存器的值为０ｘ４０（０ｘ４０代表的状
（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｉｇｏｎｇ ６４３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｒｉａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｂｕｓ ｔｈａｔ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｖａｉｌｓ
ｔＯ
ａｔ
ＰＬＣＣ封装，其中Ｐ１．６／ＳＣＬ和Ｐ１．７／ＳＤＡ分别为１２Ｃ 总线的时钟信号线和数据信号线，由于芯片内部都采 用了漏极开路工艺，所以当把这两个引脚作为１２Ｃ总 线的接口使用时，需要外接上拉电阻，如图１所示。
２．２
Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机ｒＣ总线相关寄存器 Ｐ８９Ｃ６６Ｘ系列单片机内部与１２Ｃ总线相关的寄存
参考文献
……’
航空航天大学出版社，２００２．
［１］李朝青．ＰＣ机及单片机数据通信技术［Ｍ］．北京：北京
［２］求是科技．单片机通信技术与工程实践［Ｍ］．北京：人 民邮电出版社，２００５・ ［３］石东海・单片机数据通信技术从入门到精通［Ｍ］．西 安：西安电子科技大学出版社，２００２－
ｔｏ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎｄ ｃｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｍａｉｎｌｙ ａｐｐｌｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｂｏａｒｄ ｇｒａｄｅ．Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ １２ Ｃ ｂｕｓ
ＩＣ
ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ １２ Ｃ
ｂｕｓ ｓｙｓｔｅｍ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ
ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ