AVR單片機(jī)項(xiàng)目十二-ATmega16單片機(jī)I2課件

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目十二

ATmega16單片機(jī)I2C通信接口應(yīng)用【知識(shí)目標(biāo)】掌握SPI串行通信協(xié)議了解ATmega16單片機(jī)SPI串行通信接口結(jié)構(gòu)了解與SPI串行通信有關(guān)的寄存器的功能了解TLC5615D/A芯片【能力目標(biāo)】掌握ATmega16單片機(jī)的I2C串行通信接口相關(guān)寄存器的配置方法掌握PCF8563無(wú)線(xiàn)通信模塊方法掌握簡(jiǎn)單的單片機(jī)I2C串行通信總線(xiàn)系統(tǒng)程序的編寫(xiě)、調(diào)試方法【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)一、I2C總線(xiàn)概述I2C總線(xiàn)，是INTER-IC串行總線(xiàn)的縮寫(xiě)。它是由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線(xiàn)式串行總線(xiàn)，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線(xiàn)產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開(kāi)發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。這種串行總線(xiàn)上的各單片機(jī)或集成電路模塊通過(guò)一條串行數(shù)據(jù)線(xiàn)（SDA）和一條串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCL）進(jìn)行信息傳送。同其他形式的總線(xiàn)相比，I2C總線(xiàn)具有可靠性好、傳輸速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此也被廣泛地應(yīng)用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

按照I2C總線(xiàn)的通信規(guī)則，每個(gè)總線(xiàn)上的電路模塊都有的地址，總線(xiàn)通過(guò)這個(gè)地址識(shí)別連在總線(xiàn)上的器件。每個(gè)設(shè)備既可以是主控器（能控制總線(xiàn)，又能完成一次傳輸過(guò)程的初始化，并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)及傳輸終止信號(hào)的器件）或被控器（被主控器尋址的器件），也可以是發(fā)送器（在總線(xiàn)上發(fā)送信息的器件）或接收器（從總線(xiàn)上接收信息的器件）。【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

按照I2C總線(xiàn)的通信規(guī)則，每個(gè)總線(xiàn)上的電路模塊都有的地址，總線(xiàn)通過(guò)這個(gè)地址識(shí)別連在總線(xiàn)上的器件。每個(gè)設(shè)備既可以是主控器（能控制總線(xiàn)，又能完成一次傳輸過(guò)程的初始化，并產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)及傳輸終止信號(hào)的器件）或被控器（被主控器尋址的器件），也可以是發(fā)送器（在總線(xiàn)上發(fā)送信息的器件）或接收器（從總線(xiàn)上接收信息的器件）。【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

I2C總線(xiàn)中，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為：

·起始信號(hào)的后面總有一個(gè)被控器的地址，被控器的地址一般規(guī)定為7位數(shù)據(jù)。

·數(shù)據(jù)的第8位是數(shù)據(jù)的傳輸方向位，即讀／寫(xiě)位。在讀／寫(xiě)位中，如果是“0”,則表示主控器向被控機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，也就是執(zhí)行“寫(xiě)”的功能；如果是“1”,則表示主控器接收被控器發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，也就是執(zhí)行“讀”的功能。

·數(shù)據(jù)的傳輸總是隨主控器產(chǎn)生的停止信號(hào)而結(jié)束。【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

1、I2C總線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)

通常，采用I2C總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)或IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且還有將內(nèi)部各單元電路按功能劃分的獨(dú)立模塊，它們通過(guò)軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選功能，因此減少了器件片選線(xiàn)的連接。總線(xiàn)控制設(shè)備不僅能通過(guò)指令將某個(gè)功能單元電路掛接到總線(xiàn)或摘離總線(xiàn)，還可對(duì)該單元的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)的簡(jiǎn)單靈活的擴(kuò)展與控制。I2C總線(xiàn)接口電路結(jié)構(gòu)如圖：【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

1、I2C總線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)圖12-1I2C總線(xiàn)接口電路結(jié)構(gòu)圖【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

2、I2C總線(xiàn)接口的特性

I2C總線(xiàn)在進(jìn)行信息傳輸時(shí)，若SCL為高電平，則SDA上的信息必須保持穩(wěn)定不變；若SCL為低電平，則SDA上的信息允許變化。SDA上的每一位數(shù)據(jù)都和SCL上的時(shí)鐘脈沖相對(duì)應(yīng)。由于SCL和SDA的線(xiàn)“與”邏輯關(guān)系，當(dāng)SCL沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，SDA上的數(shù)據(jù)也將停止傳輸。SCL保持高電平期間，SDA由高電平向低電平變化這種狀態(tài)定義為起始信號(hào)；而SDA由低電平向高電平變化則定義為終止信號(hào)。下圖為I2C總線(xiàn)起始信號(hào)和終止信號(hào)時(shí)序圖。【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議2、I2C總線(xiàn)接口的特性圖12-2I2C總線(xiàn)起始信號(hào)和終止信號(hào)時(shí)序圖【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

2、I2C總線(xiàn)接口的特性傳統(tǒng)單片機(jī)的串行發(fā)送和接收都各用一條線(xiàn)，而I2C總線(xiàn)則根據(jù)器件的功能，并通過(guò)軟件程序使其同時(shí)工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個(gè)器件向總線(xiàn)上發(fā)送信息時(shí)，它就是發(fā)送器，而當(dāng)其從總線(xiàn)上接收信息時(shí)，又成為接收器。 I2C總線(xiàn)上的SDA和SCL均為雙向I／O線(xiàn)，它們通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線(xiàn)空閑的，兩根線(xiàn)全為高電平。I2C總線(xiàn)上的連接器件的輸出級(jí)都為集電極或漏極開(kāi)路的形式，這樣總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)就能實(shí)現(xiàn)線(xiàn)“與”的功能。I2C總線(xiàn)在傳送數(shù)據(jù)時(shí)其速率可達(dá)100Kb／s，最高時(shí)可達(dá)400Kb／s?！救蝿?wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

2、I2C總線(xiàn)接口的特性在I2C總線(xiàn)上，SDA上的數(shù)據(jù)傳輸必須以字節(jié)為單位（最高位最先傳送），每個(gè)傳送字節(jié)后還必須跟隨一應(yīng)答位。這個(gè)應(yīng)答信號(hào)由發(fā)送器發(fā)出。整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)目是沒(méi)有限制的。但是若數(shù)據(jù)傳輸一段時(shí)間后，接收器無(wú)法繼續(xù)接收時(shí)，主控器也可以終止數(shù)據(jù)的傳送?！救蝿?wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

3、I2C總線(xiàn)的仲裁

I2C總線(xiàn)上可以?huà)旖佣鄠€(gè)器件，這樣當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)主控器同時(shí)想占用總線(xiàn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)。I2C總線(xiàn)具有多主控能力，可以對(duì)發(fā)生在SDA線(xiàn)上的總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生仲裁過(guò)程，仲裁是在SCL為高電平時(shí)，根據(jù)SDA狀態(tài)進(jìn)行的。在總線(xiàn)仲裁期間，如有其他以主控器已經(jīng)在SDA上傳送低電平，則發(fā)送高電平的主控器就會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)SDA上的電平與它發(fā)送的信號(hào)不一致，這樣，該主控器就自動(dòng)裁決失去總線(xiàn)控制權(quán)。I2C總線(xiàn)協(xié)議的詳細(xì)仲裁過(guò)程為：當(dāng)主控器在發(fā)送某個(gè)字節(jié)時(shí)，若被仲裁失去主控權(quán)時(shí)，它的時(shí)鐘信號(hào)繼續(xù)輸出，并直到整個(gè)字節(jié)發(fā)送結(jié)束為止。若主控器在尋址階段被仲裁失去主控權(quán)，它就立刻進(jìn)入被旁若被控接收狀態(tài)，并判斷取得主控權(quán)的主控器是否正在對(duì)它進(jìn)行尋址。【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議

3、I2C總線(xiàn)的仲裁在仲裁過(guò)程中，一旦有個(gè)主控器低電平時(shí)鐘信號(hào)，則SCL也變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，它將影響所有有關(guān)的主控器，并使它們的計(jì)時(shí)器復(fù)位。如果有一個(gè)主控器首先由低電平向高電平轉(zhuǎn)換，這時(shí)由于還有其他主控器處于低電平狀態(tài)，因此它只能處于高電平狀態(tài)等待狀態(tài)，直至所有主控器都結(jié)束低電平狀態(tài)，SCL才轉(zhuǎn)為高電平。仲裁過(guò)程中的具體時(shí)序同步如圖所示?！救蝿?wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議3、I2C總線(xiàn)的仲裁圖12-3I2C總線(xiàn)的仲裁過(guò)程【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議4、I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸圖12-4I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)二、I2C總線(xiàn)的協(xié)議4、I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸圖12-5I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸格式圖【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)三、時(shí)鐘芯片PCF8563的相關(guān)知識(shí)

1、時(shí)鐘芯片PCF8563概述

PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C總線(xiàn)接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片。具有多種報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門(mén)狗功能。內(nèi)部時(shí)鐘電路內(nèi)部振蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測(cè)電路1.0V以及兩線(xiàn)制I2C總線(xiàn)通訊方式，不但使外圍電路及其簡(jiǎn)潔，而且也增加了芯片的可靠性。同時(shí)每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。當(dāng)然作為時(shí)鐘芯片，亦解決了2000年問(wèn)題。已被廣泛用于電表、水表、電話(huà)、便攜式儀器及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域?！救蝿?wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)三、時(shí)鐘芯片PCF8563的相關(guān)知識(shí)圖12-6PCF8563外部結(jié)構(gòu)圖2、時(shí)鐘芯片PCF8563的外部結(jié)構(gòu)及引腳功能【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)三、時(shí)鐘芯片PCF8563的相關(guān)知識(shí)3、時(shí)鐘芯片PCF8563的基本原理及內(nèi)部寄存器概述PCF8563有16個(gè)8位寄存器：一個(gè)可自動(dòng)增量的地址寄存器，一個(gè)內(nèi)置32.768KHz的振蕩器（帶有一個(gè)內(nèi)部集成的電容），一個(gè)分頻器（用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘），一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)定時(shí)器一個(gè)報(bào)警器，一個(gè)掉電檢測(cè)器和一個(gè)400KHzI2C總線(xiàn)接口?！救蝿?wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)三、時(shí)鐘芯片PCF8563的相關(guān)知識(shí)3、時(shí)鐘芯片PCF8563的基本原理及內(nèi)部寄存器概述所有16個(gè)寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。前兩個(gè)寄存器（內(nèi)存地址00H，01H）用于控制寄存器和狀態(tài)寄存器，內(nèi)存地址02H～08H用于時(shí)鐘計(jì)數(shù)器（秒～年計(jì)數(shù)器），地址09H～0CH用于報(bào)警寄存器（定義報(bào)警條件），地址0DH控制CLKOUT管腳的輸出頻率，地址0EH和0FH分別用于定時(shí)器控制寄存器和定時(shí)器寄存器。秒、分鐘、小時(shí)、日、月、年、分鐘報(bào)警、小時(shí)報(bào)警、日?qǐng)?bào)警寄存器，編碼格式為BCD，星期和星期報(bào)警寄存器不以BCD格式編碼?！救蝿?wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)地址寄存器名稱(chēng)_BV7_BV6_BV5_BV4_BV3_BV2_BV1_BV000H控制/狀態(tài)寄存器1TEST10STOP0TESTC00001H控制/狀態(tài)寄存器000TI/TPAFTFAIETIE0DHCLKOUT輸出寄存器FE—————FD1FD00EH定時(shí)器控制寄存器TE—————TD1TD00FH定時(shí)器倒計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)寄存器定時(shí)器倒計(jì)數(shù)數(shù)值（二進(jìn)制）02H秒VL00～59BCD格式數(shù)03H分鐘—00～59BCD格式數(shù)04H小時(shí)——00～59BCD格式數(shù)05H日——00～31BCD格式數(shù)06H星期—————0～607H月/世紀(jì)C——01～12BCD碼格式數(shù)08H年00～99BCD碼格式數(shù)09H分鐘報(bào)警AE00～59BCD碼格式數(shù)0AH小時(shí)報(bào)警AE—00～23BCD碼格式數(shù)0BH日?qǐng)?bào)警AE—00～31BCD碼格式數(shù)0CH星期報(bào)警AE————0～6【任務(wù)1】項(xiàng)目知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)四、液晶模塊介紹LCD是一種常用的顯示器件，它是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線(xiàn)路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。LCD有顯示容量大、耗能低、人機(jī)交流界面更加友好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于便攜式儀器儀表、智能電器、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。本項(xiàng)目將采用常用的DM12864M來(lái)說(shuō)明LCD的使用。DM12864M漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊可顯示漢、字圖形，內(nèi)置中文字庫(kù)，和單片機(jī)配合使用非常方便。DM12864M是20管腳的接口，具體管腳介紹見(jiàn)課本?！救蝿?wù)2】應(yīng)用PCF8563制作電子時(shí)鐘一、任務(wù)要求利用ATmega16單片機(jī)的I2C接口，控制PCF8563時(shí)鐘芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)年歷的制作。通過(guò)按鍵控制可以在數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)“*年*月*日”與“*時(shí)*分*秒”的切換顯示?；蛑苯硬捎肔CD液晶屏顯示“*年*月*日*時(shí)*分*秒”功能。。二、硬件設(shè)計(jì)

圖12-10電路原理圖【任務(wù)2】應(yīng)用PCF8563制作電子時(shí)鐘二、硬件設(shè)計(jì)

圖12-11LCD應(yīng)用電路【任務(wù)2】應(yīng)