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          按平臺模式設(shè)計的虛擬I2C總線軟件包VIIC

          作者: 時間:2004-12-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          摘要:是主方式下的,用于80C51系列單片機的單主系統(tǒng)中。只需兩根普通I/O口線就可隨時擴展外圍器件。將1.0裝入程序存儲器中,對其中的符號單元賦值后,使用三條通用操作命令就可實現(xiàn)任何外圍器件的應(yīng)用程序。本文以為例,介紹應(yīng)用軟件形式的廣義方法,給出VIIC1.0程序文本。按照這一思路,也可移植到其他系列的嵌入式系統(tǒng)中。

          關(guān)鍵詞:I2C總線VIIC應(yīng)用程序

          一、I2C總線及其應(yīng)用

          1. I2C總線應(yīng)用呼喚

          目前,單片機應(yīng)用系統(tǒng)的外圍擴展已從并行方式為主過渡到以串行方式為主的時代。許多新型外圍器件都帶有串行擴展接口。通常的串行擴展接口和串行擴展總線有UART的移位寄存器方式、MOTOROLA公司的SPI、NS公司的Microwire、Dallas公司的1Wire和Philips公司的I2C總線等。其中,I2C總線提供了較完善的總線協(xié)議、最簡單的串行連接方式,并提供了總線操作的狀態(tài)處理,因而得到了廣泛的應(yīng)用。但廠家并未提供完善的平臺應(yīng)用。因此,用戶在擴展I2C總線外圍器件時,還要在了解I2C總線協(xié)議、操作原理的基礎(chǔ)上,采用直接方式進行I2C總線外圍器件的應(yīng)用程序設(shè)計。迄今為止,許多期刊的文章中還是以這種方式來介紹I2C總線的擴展應(yīng)用。由于I2C總線協(xié)議的復(fù)雜性和操作管理的特殊性,從I2C總線結(jié)構(gòu)原理到I2C總線應(yīng)用的直接設(shè)計方式難度較大,使I2C總線推廣應(yīng)用較慢。因此,迫切呼喚推出I2C總線的應(yīng)用軟件平臺,使人們不必了解I2C總線就能設(shè)計I2C總線應(yīng)用程序。

          2. 廣泛使用的主工作方式

          I2C總線是1個十分完善的多主系統(tǒng)總線,總線上可以掛接多個MCU,因此有4種工作方式,即主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。但實際的單片機應(yīng)用系統(tǒng)絕大多數(shù)都是單個MCU系統(tǒng),只用到I2C總線的主方式,即主發(fā)送與主接收。

          3. 虛擬I2C總線的廣泛需求

          目前,有許多外圍器件帶有I2C總線接口,然而,帶有I2C總線接口的MCU只有少數(shù)廠家的個別型號,致使I2C總線難以推廣。因此,人們便使用MCU通用的I/O口來虛擬I2C總線接口。早期東芝公司在彩電中就在自己的MCU中虛擬I2C總線接口,實現(xiàn)I2C總線外圍器件擴展的虛擬應(yīng)用。

          采用虛擬I2C總線后,任何1個廠家的單片機都可以無障礙地使用I2C總線外圍器件。同樣,虛擬I2C總線的應(yīng)用也呼喚平臺模式。

          二、VIIC1.0軟件包設(shè)計

          VIIC1.0是物化形式為軟件包文檔的廣義平臺,適合在80C51單片機系列單主系統(tǒng)中應(yīng)用。

          按照廣義平臺設(shè)計內(nèi)容,VIIC有最佳包容性設(shè)計、后歸一化設(shè)計、前歸一化設(shè)計、物化設(shè)計和應(yīng)用界面設(shè)計。

          1.最佳包容性設(shè)計

          最佳包容性設(shè)計是廣義平臺適用范圍的最佳選擇性設(shè)計。完整的I2C總線有4種操作方式,并且有指定的端口,有地址寄存器(S1ADR)來設(shè)定MCU的地址。在VIIC的包容性設(shè)計中規(guī)定為主方式下的通用I/O口虛擬。規(guī)定為主方式后,避免了多主方式下極大難度的總線沖突仲裁處理程序設(shè)計,又保證了能滿足絕大多數(shù)I2C總線擴展應(yīng)用。采用通用I/O口的虛擬,使用戶可隨意規(guī)定虛擬I2C總線端口,擴大了虛擬I2C總線應(yīng)用的靈活性。

          2.后歸一化設(shè)計

          后歸一化設(shè)計是確定應(yīng)用范圍的相關(guān)設(shè)計。VIIC的后歸一化設(shè)計有:

          (1) 應(yīng)用范圍指定為帶I2C總線的外圍器件擴展;

          (2) 所有I2C總線外圍器件的操作方式歸一化為外圍器件N個字節(jié)的讀寫操作;

          (3) 總線節(jié)點通信方式歸一化為SLAW/SLAR節(jié)點尋址后的點對點的讀寫操作。

          3.前歸一化設(shè)計

          前歸一化設(shè)計是從I2C總線協(xié)議原理、操作方式、時序規(guī)則出發(fā),實現(xiàn)后歸一要求的設(shè)計。VIIC的前歸一化設(shè)計有:

          (1) 時序的指令模擬即模擬I2C總線操作時序。I2C總線操作的典型時序信號有起始位(STAR)、停止位(STOP)、發(fā)送應(yīng)答位(MACK)、發(fā)送非應(yīng)答位(MNACK)。

          (2) 數(shù)據(jù)傳送操作虛擬即模擬I2C數(shù)據(jù)傳送過程。例如,應(yīng)答位檢查(CACK)、發(fā)送1個字節(jié)數(shù)據(jù)(WRBYT)、接收1個字節(jié)數(shù)據(jù)(RDBYT)。

          (3) 外圍器件讀寫操作虛擬。要求虛擬1個I2C總線讀寫操作過程(RDNBYT、WRNBYT)。

          4.VIIC1.0的結(jié)構(gòu)設(shè)計

          (1) VIIC1.0的組成。 根據(jù)歸一化設(shè)計,主方式下虛擬I2C總線由下列9個子程序組成: 時序模擬子程序STAR,STOP,MACK,MNACK; 操作模擬子程序CACK,WRBYT,RDBYT; 數(shù)據(jù)讀寫子程序RDNBYT,WRNBYT。 由于篇幅所限,本文中省略了VIIC1.0軟件包中這9個子程序的虛擬設(shè)計方法。需要詳細(xì)了解的讀者可參看文尾參考資料2中7.3節(jié)“I2C總線的串行擴展技術(shù)”的有關(guān)部分。

          (2) 軟件包的出口界面 軟件包VIIC實現(xiàn)非介入性操作,出口界面是軟件包應(yīng)用時惟一的觸及面。VIIC1.0中的出口界面為數(shù)據(jù)讀寫子程序 RDNBYT/WRNBYT。

          (3) 軟件包的符號單元 VIIC中的符號標(biāo)記有發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)MTD、接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)MRD、傳送字節(jié)數(shù)存放單元NUMBYT以及尋址字節(jié)SLAW/SLAR存放單元SLA。這些符號單元都采用了標(biāo)準(zhǔn)I2C總線狀態(tài)處理軟件包中規(guī)定的字符標(biāo)記。

          5.應(yīng)用界面設(shè)計

          VIIC1.0軟件包規(guī)定了讀寫子程序RDNBYT/WRNBYT的惟一出口界面,因此RDNBYT/WRNBYT的調(diào)用操作命令,以及滿足調(diào)用操作的初始化操作的三條命令為VIIC的應(yīng)用界面,即:

          MOV SLA,#SLAR/SLAW ;總線上節(jié)點尋址并確定傳送方向

          MOV NUMBYT,#N ;確定傳送字節(jié)數(shù)N

          LCALL RDNBYT/WRNBYT ;讀/寫操作調(diào)用

          三、VIIC1.0軟件包清單

          VIIC1.0軟件包清單如下。

          ①STAR:SETB VSDA;啟動I2C總線

          SETB VSCL

          NOP

          NOP

          CLR VSDA

          NOP

          NOP

          CLR VSCL

          RET

          ②STOP: CLR VSDA ;停止I2C總線數(shù)據(jù)傳送

          SETB VSCL

          NOP

          NOP

          SETB VSDA

          NOP

          NOP

          CLR VSDA

          CLR VSCL

          RET

          ③MACK: CLR VSDA ;發(fā)送應(yīng)答位

          SETB VSCL

          NOP

          NOP

          CLR VSCL

          SETB VSDA

          RET

          ④MNACK: SETB VSDA ;發(fā)送非應(yīng)答位

          SETB VSCL

          NOP

          NOP

          CLR VSCL

          CLR VSDA

          RET

          ⑤CACK: SETB VSDA ;應(yīng)答位檢查

          SETB VSCL

          CLR F0

          MOV C,VSDA

          JNC CEND

          SETB F0 CEND: CLR VSCL

          RET

          ⑥WRBYT: MOV R0,#08H ;向VSDA線上發(fā)送1個數(shù) ;據(jù)字節(jié) WLP: RLC A

          JC WR1

          AJMP WR0 WLP1: DJNZ R0,WLP

          RET WR1: SETB VSDA

          SETB VSCL

          NOP

          NOP

          CLR VSCL

          CLR VSDA

          AJMP WLP1 WR0: CLR VSDA

          SETB VSCL

          NOP

          NOP

          CLR VSCL

          AJMP WLP1

          ⑦RDBYT: MOV R0,#08H ;從VSDA線上讀取1個數(shù) ;據(jù)字節(jié) RLP: SETB VSDA

          SETB VSCL

          MOV C,VSDA

          MOV A,R2

          RLC A

          MOV R2,A

          CLR VSCL

          DJNZ R0,RLP

          RET

          ⑧WRNBYT: MOV R3,NUMBYT ;虛擬I2C總線發(fā)送N個 ;字節(jié)數(shù)據(jù)

          LCALL STA

          MOV A,SLA

          LCALL WRBYT

          LCALL CACK

          JB F0,WRNBYT

          MOV R1,#MTD WRDA: MOV A,@R1

          LCALL WRBYT

          LCALL CACK

          JB F0,WRNBYT

          INC R1

          DJNZ R3,WRDA

          LCALL STOP

          RET ⑨RDNBYT: MOV R3, NUMBYT ;模擬I2C總線接收n個 ;字節(jié)數(shù)據(jù)

          LCALL STA

          MOV A,SLA

          LCALL WRBYT

          LCALL CACK

          JB F0,RDNBTY RDN: MOV R1,#MRD RDN1: LCALL RDBYT

          MOV @R1,A

          DJNZ R3,ACK

          LCALL MNACK

          LCALL STOP

          RET ACK: LCALL MACK

          INC R1

          SJMP RDN1

          四、VIIC1.0應(yīng)用指南

          1.適用范圍

          VIIC1.0適用于80C51系列單主系統(tǒng)中I2C總線外圍器件擴展的應(yīng)用程序設(shè)計。由于時序模擬基于6MHz時鐘設(shè)計,在高速時鐘下,可適當(dāng)增加時序模擬子程序中的空操作指令。

          2. 資源占用

          VIIC使用了R0,R1,R2,R3,F(xiàn)0,C等資源。

          3.符號單元

          PVIIC中有許多符號標(biāo)記,這些符號標(biāo)記有:

          VSDA 虛擬I2C總線數(shù)據(jù)線;

          VSCL虛擬I2C總線時鐘線;

          SLA尋址字節(jié)存放單元;

          NUMBYT傳送字節(jié)數(shù)存放單元;

          MTD發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū);

          MRD接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

          4.歸一化操作命令

          不論總線上擴展什么外圍器件,都只須使用以下三條指令:

          MOV SLA,#SLAW/SLAR

          MOVNUMBYT,#N

          LCALLWRNBYT/RDNBYT

          5.VIIC的裝載

          由于WRNBYT/RDNBYT都使用長調(diào)用命令LCALL,故VIIC1.0可放在程序存儲器的任意空間。 圖1

          6.通用的應(yīng)用界面

          VIIC1.0的應(yīng)用界面如圖1所示。與VIIC1.0有關(guān)的只是3條歸一化操作命令;與硬件電路相關(guān)的是器件地址與引腳地址構(gòu)成的尋址字節(jié)和由器件規(guī)定的數(shù)據(jù)操作格式。

          五、VIIC1.0應(yīng)用示例

          在本文參考文獻2中給出了一些基于VIIC軟件包的外圍串行擴展應(yīng)用實例?,F(xiàn)就帶I2C總線接口LED顯示驅(qū)動器SAA1064擴展8位LED顯示電路來示范VIIC1.0的應(yīng)用。

          1.硬件電路與尋址字節(jié)

          用2片SAA1064擴展的8位LED顯示電路如圖2(b)所示,圖2(a)為SAA的引腳排列圖。設(shè)80C51用P1.1/P1.0來虛擬SDA/SCL口線。兩片SAA1064的ADR引腳分別接地和VCC。SAA1064(1)、(2)的器件地址為0111,引腳地址為000和111,因此它們的尋址字節(jié)SLAW/SLAR分別為70H/71H和76H/77H。

          2.顯示原理與數(shù)據(jù)操作格式

          在I2C總線外圍器件的數(shù)據(jù)手冊中,都給出了實現(xiàn)器件功能的數(shù)據(jù)操作格式,以及實現(xiàn)功能的控制命令與寄存器的管理模式。

          (1) SAA1064的數(shù)據(jù)操作格式 80C51只須對SAA1064進行寫操作,便實現(xiàn)了LED的顯示驅(qū)動控制。SAA1064的寫數(shù)據(jù)操作格式如下:

          SSLAWASUBADRACOMAdata1Adata2Adata3AdataAP

          只須對SAA1064中首地址為SUBADR的5個寄存器單元中依次寫入控制命令COM和4個LED共陰極段碼datal~data4,SAA1064的SUBADR=00H。

          控制命令COM格式及位功能規(guī)定如下:

          D7 D0

          ――C6C5C4C3C2C1C0

          C0 靜、動態(tài)顯示選擇。C0=1,動態(tài)顯示。

          C1 顯示位1,3暗亮選擇。C1=1,選擇亮。

          C2 顯示位2,4暗亮選擇。C2=1,選擇亮。

          C3 測試位。C3=1,所有段點亮。

          C4,C5,C6 驅(qū)動電流控制位。C4,C5,C6為 “1”時,驅(qū)動電流分別為3mA,6mA,12mA;皆為1時輸出驅(qū)動電流最大,達21mA。

          3.應(yīng)用程序設(shè)計

          按下列步驟完成圖2(b)的8位LED顯示程序設(shè)計。

          (1) 將VIIC1.0裝入程序存儲器中。

          (2) 根據(jù)硬件電路及資源分配,將VIIC1.0中的符號單元賦值如下:

          VSDA EQU P1.1 ;用P1.1虛擬SDA

          VSCL EQU P1.0 ;用P1.0虛擬SCL

          SLA EQU 50H ;50H為尋址字節(jié)存放單元

          NUMBYT EQU 51H ;51H為傳送字節(jié)數(shù)據(jù)存放單元

          MTD EQU 30H ;30H為發(fā)送緩沖區(qū)首地址

          (3) 8位LED顯示子程序設(shè)計

          這里介紹1個在圖2(b)LED顯示器上顯示“bUAA0706”固定字符的子程序。

          根據(jù)SAA1064的數(shù)據(jù)操作格式,點亮4個LED只須依首地址SUBADR順序送入控制命令COM和4個LED共陰極段選碼data1~data4。

          設(shè)LED驅(qū)動電流為18 mA(C6,C5為高電平;C4為低電平)動態(tài)顯示要求(C2,C1,C0為高電平)故COM=67H。SAA1064(1)顯示“0706”的段碼依次是7DH,3FH,07H,3FH;SAA1064(2)顯示“bUAA”的段碼依次為77H,77H,3EH,7CH。因此,SAA1064(1),(2)的數(shù)據(jù)操作格式具體化為

          設(shè)顯示“bUAA0706”的子程序名為VSAA8。VSAA8的程序清單如下:

          VSDA EQU P1.0

          VSCL EQU P1.1

          SLA EQU 50H

          NUMBYT EQU 51H

          MTD EQU 30H

          VSAA8: MOV 30H,#00H;將SUBADR,COM,LED共 ;陰極段碼data1~data4 ;依次裝入發(fā)送緩沖區(qū)

          MOV 31H,#67H

          MOV 32H,#7DH

          MOV 33H,#3FH

          MOV 34H,#07H

          MOV 35H,#3FH

          MOV SLA,#70H;尋址SAA104(1)并為發(fā)送 ;狀態(tài)

          MOV NUMBYT,#06H;確定發(fā)送字節(jié)數(shù)

          LCALL WRNBYT;調(diào)用VIIC1.0中N個字節(jié)寫 ;入子程序

          MOV 30H,#00H;將SUBADR,COM,data1~ ;data4依次裝入發(fā)送緩沖區(qū)

          MOV 31H,#67H

          MOV 32H,#77H

          MOV 33H,#77H

          MOV 34H,#3EH

          MOV 35H,#7CH

          MOV SLA,#76H ; 尋址SAA1064(2)并為發(fā) ;送狀態(tài)

          MOV NUMBYT,#06H ;確定發(fā)送字節(jié)數(shù)

          MOV WRNBYT;調(diào)用VIIC1.0中N個字節(jié)寫 ;入子程序

          RET

          如果要隨意顯示內(nèi)存中的8個BCD碼,可開辟顯示緩沖區(qū)DISRAM,設(shè)計1個子程序,將顯示緩沖區(qū)中的8個BCD碼轉(zhuǎn)換成共陰極段碼再和SUBADR和COM一道送入MTD中,然后使用VIIC1.0的三條操作命令即可。

          從上述應(yīng)用可看出,使用VIIC軟件包后,編寫應(yīng)用程序不必了解I2C總線原理、協(xié)議和時序,只要了解VIIC的應(yīng)用操作即可。



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