常洪波

摘要： 在科學技術飛速發(fā)展的今天，單片機技術不斷進步并且得到了廣泛應用。單片機在一定程度上實現(xiàn)了自動化、智能化，滿足了人們的各種需要。單片機的引腳和越來越多的器件的限制使我們不得不采用I2C等總線來進行擴展操作，它可以大大簡化設計、減小系統(tǒng)的體積并提高系統(tǒng)可靠性。而且，系統(tǒng)的更改和擴充也變得很容易。因為單片機需要強大的功能和較大的數據存儲空間，我們需要用到外部存儲器EEPROM等。本文以I2C與EEPROM的連接和數據存儲、交換為主要內容，利用AT89C51單片機和LED數碼管等元件和Proteus軟件、Keil軟件來開發(fā)，借助C語言程序實現(xiàn)了本設計的全部功能，包括數碼顯示、數據傳輸、讀寫功能等。本設計實現(xiàn)了簡單的單片機實現(xiàn)不了的大容量數據傳輸，解決了掉電后存儲數據丟失的問題，而且避免了控制多個對象時I/O口不夠用的現(xiàn)象。

Abstract： With the development of science and technology， single-chip technology in the continuous progress has been widely used， in particular， is widely applied in the field of mechanical and electrical products. To a certain extent， the microcontroller is automated and intelligent， and meet people's daily needs. MCU pin and a growing number of device limitations make us have to use the I2C bus to extend operation， it can greatly simplify the design， reduce system size and improve system reliability. Moreover， the single-chip system changes and expansion has become easier. The microcontroller requires strong functions and data storage requirements so that we need external memory EEPROM. This article describes the I2C and EEPROM connection and data storage， data exchange. It uses AT89C51 microcontroller and LED digital tube and Proteus Software Keil software， C language to realize the full functionality of the design， including the key treatment， liquid crystal display， the data transfer， the data read and write functions. The design solves the problem of large-capacity data transmission， to solve the problem after power loss of stored data， and also solves the problem of I/O port is not enough to control multiple objects.

關鍵詞： I2C總線；EEPROM；數據讀寫功能；單片機

Key words： I2C bus；EEPROM；Data read and write capabilities；MCU

中圖分類號：TN201 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0225-03

0 引言

如今單片機的應用領域越來越廣泛。但實際應用中經常會遇到單片機I/O接口資源不夠用的情形，在一些復雜應用系統(tǒng)中，被控對象較多（如控制多個LED數碼管的顯示、超過30路狀態(tài)的顯示）時，端口供需矛盾就會十分突出，一般可以采用外接8155、8255、8259、74HC164及74LS245等外擴I/O接口來解決[1]，但這樣會使系統(tǒng)更加復雜，增加成本，可靠性下降[2]。鑒于此，在單片機設計應用時就需要使用總線進行擴展，最合適的應用最廣的是I2C總線。I2C串行總線可以使系統(tǒng)的硬件設計簡單化、系統(tǒng)體積減小，它可靠性高，系統(tǒng)更改、擴充也很容易。為解決單片系統(tǒng)功能強大、強處理能力、大數據存儲需求和掉電后存儲數據丟失的問題，我們一般使用EEPROM存儲器進行擴展[3]。EEPROM是一種電可擦可寫可編程的外部存儲器，它有較大的存儲容量，在很多系統(tǒng)中被大量采用。

1 硬件系統(tǒng)設計

1.1 總體設計

選用AT89C51為主控制器，選用AT24C系列進行存儲。本課題擬采用Proteus軟件和Keil的聯(lián)調將硬件仿真的過程完美展現(xiàn)。因此，可以用仿真軟件先完成測試再進行實際器件的操作[4]。采用的軟件是Proteus來對單片機及其單片機外圍的電路進行了仿真，實驗流程清晰，變化的程序在仿真元件性質的變化上得到了很好的體現(xiàn)，實驗原理得到恰當的詮釋，設計原理也很容易理解[5]，實驗結果應用到實際電路上可行、有效，可以大大提高設計效率[6]。如此的仿真實驗，從某種意義上講，彌補了實驗和工程應用之間的脫節(jié)問題。系統(tǒng)方案設計框圖如圖1所示。

1.2 總線設計

I2C總線可以大幅度節(jié)約單片機的接口線。I2C總線協(xié)議規(guī)定：發(fā)送器是指任何將數據傳輸到總線上的器件，接收器是指任何從總線接收數據的器件。并且每個接到I2C總線上的器件的地址是唯一不變的。若數據是由主機發(fā)送到其它器件，這時主機為發(fā)送器，接收數據的器件為接收器[7]。51單片機系統(tǒng)的串行總線擴展中，常以AT89C51單片機為主機，其它接口器件為從機?？偩€流程圖如圖2所示。

1.3 EEPROM設計

AT24C02是一種EEPROM芯片，AT24C02是由ATMEL公司提供的，是由CMOS工藝制造的。I2C總線的串行EEPROM，它的容量是2kb，工作電壓是處于1.8V～5.5V之間的[8]，它是一種串行電可擦可編程存儲器，它結構緊湊、存儲容量大，可以在I2C總線上并接芯片，適用于大容量數據存儲。EEPROM流程圖如圖3所示。

2 系統(tǒng)原理圖

本次設計主器件為8051單片機，從器件為AT24C02，其仿真電路如圖4所示。8051單片機本身沒有I2C接口，但我們可以利用8051的兩根I/O口線來實現(xiàn)該功能。因單片機主控制器系統(tǒng)中僅由主控制器驅動時鐘線[9]，可以利用8051芯片的其中一根I/O口線來作為信號線（SCL），并且將它設置為“輸出方式”，由軟件來控制以及產生串行時鐘信號；我們使用另一根I/O口線作為I2C總線數據線（SDA），軟件來控制在時鐘脈沖低電平期間的讀取以及輸出數據。圖4中P3.4口作為串行時鐘控制線（SCL），P3.5口作為串行數據傳輸線（SDA）。

3 軟件與調試

8051對AT24C02的讀寫操作的過程中，首先AT24C02被寫入3字節(jié)的數據，然后AT24C02中的數據將會被讀出。程序實現(xiàn)了用8051單片機來對AT24C02進行寫入、讀出操作。程序中首先AT24C02以0x010開頭的3個連續(xù)的字節(jié)單元會被寫入數組buffer1中的3個字節(jié)，然后數據會從這3個連續(xù)的字節(jié)單元中被讀出，并存放在RAM中的buffer2里。部分代碼如圖5所示。

如圖6所示，程序實現(xiàn)了I2C與EEPROM之間的數據傳送并顯示出了0-99數字連續(xù)顯示。

4 結論

本文對單片機的I/O不夠用的問題，提出了一種非常實用的解決方法，一種基于I2C的單片機EEPROM設計，將單片機與I2C總線以及EEPROM進行了有機結合，給出了較好的系統(tǒng)原理圖，并且進行了仿真程序實現(xiàn)了I2C與EEPROM之間的數據傳送并顯示出了0-99數字連續(xù)顯示，驗證效果良好。

參考文獻：

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[3]張鵬，王琪，袁明新.利用proteus仿真平臺提高機械類學生單片機應用能力[J].科教導刊，2015（13）：23-24.

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[5]劉韜，樓興華.數字電子系統(tǒng)設計與開發(fā)實例導航[M].人民郵電出版社，2005，6.

[6]劉霞，孟濤，魏青梅.電子設計與實踐[M].電子工業(yè)出版社， 2015.

[7]王毅，萬英.基于IIC總線的溫濕度測量系統(tǒng)的設計[J].福建師范大學學報：自然科學版，2014（6）：40-45.

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