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1、微机式医学仪器设计实验教材实验实验四实验四生物信号的数据采集生物信号的数据采集一、实验要求一、实验要求利用利用 8 8 位串行控制模数转换器位串行控制模数转换器 TLC0832TLC0832 做做 A/DA/D 转换器，采用实验板上的电位器转换器，采用实验板上的电位器,或其或其它信号它信号(如心电仿真仪信号如心电仿真仪信号)提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成二进制数字量。提供模拟量输入，编制程序，将模拟量转换成二进制数字量。存放在存放在 RAMRAM 区，以供查阅。区，以供查阅。二、实验目的二、实验目的1 1、熟悉串行外围设备接口熟悉串行外围设备接口 SPISPI 总线技术的结构和原理。
2、总线技术的结构和原理。2 2、掌握掌握 8 8 位串行控制模数转换器位串行控制模数转换器 TLC0832TLC0832 的转换性能及编程。的转换性能及编程。3 3、掌握掌握 TLC0832TLC0832 与与 80C5180C51 单片机的接口方法。单片机的接口方法。4 4、通过实验了解如何使用单片机进行数据采集。通过实验了解如何使用单片机进行数据采集。三、三、实验设备实验设备 1 1机机一台一台 2 2实验面包板实验面包板一个一个 3 80C51 3 80C51 仿真器仿真器一套一套 4 4元件元件:TLC0832:TLC0832一片一片 4 4导线导线若干若干四、实验说明四、实验说明一个微
3、处理器系统中除了作为核心部件的微处理器外，多少要使用一些外围设备一个微处理器系统中除了作为核心部件的微处理器外，多少要使用一些外围设备(通常通常被简称为“外设”被简称为“外设”)。微处理器外设之间的连接方式基本上可以分为并行和串行。微处理器外设之间的连接方式基本上可以分为并行和串行 2 2 大类，也大类，也就是通过并行或串行接口连接。就是通过并行或串行接口连接。并行接口设备使用了多根数据线，一次同时可以传递多个并行接口设备使用了多根数据线，一次同时可以传递多个 BITBIT 的数据，所以传递速度的数据，所以传递速度较快，单器件之间的连线复杂。而串行接口设备仅使用了一根数据线，每次只能传递一个较
4、快，单器件之间的连线复杂。而串行接口设备仅使用了一根数据线，每次只能传递一个BITBIT 的数据，所以传递速度较慢，但由于使用串行接口的系统中器件之间的连线比较简单，的数据，所以传递速度较慢，但由于使用串行接口的系统中器件之间的连线比较简单，在微型化的系统中倍受重视。随着器件时钟速度的不断提高，串行接口的数据交换率同样在微型化的系统中倍受重视。随着器件时钟速度的不断提高，串行接口的数据交换率同样可以做得很高。另外基于异步串行接口电路的技术的器件因其相当高的效率，在可以做得很高。另外基于异步串行接口电路的技术的器件因其相当高的效率，在DSPDSP 系统系统中被广泛采用。中被广泛采用。（1 1）S
5、PISPI 总线介绍总线介绍串行外围设备接口串行外围设备接口 SPISPI（serial peripheral interfaceserial peripheral interface）总线技术是）总线技术是 MotorolaMotorola公司推出的公司推出的一种同步串行接口。一种同步串行接口。SPISPI 总线是一种三线制同步式串行总线，总线是一种三线制同步式串行总线，其物理结构是相当典型的。其物理结构是相当典型的。因因其硬件配备其硬件配备(在各种串行接口中在各种串行接口中)较为较为“完整”“完整”，所以，所以，与与 SPISPI 有关的软件就相对简单，有关的软件就相对简单，使使 CPUC
6、PU有更多的时间处理其他事务。有更多的时间处理其他事务。它基本上由它基本上由 3 3 根连线构成，即：根连线构成，即：DIDI，DODO，CLKCLK，故称为三线制串行总线。除了这，故称为三线制串行总线。除了这3 3 条条基本信号线以外，当系统使用多个基本信号线以外，当系统使用多个 SPISPI 器件时，为区别各个器件，往往还要加上一条片选器件时，为区别各个器件，往往还要加上一条片选信号线“信号线“/CS/CS”。使用了。使用了/CS/CS 信号后，所有的信号后，所有的 SPISPI 器件可以使用公共的器件可以使用公共的 DIDI，DODO，CLKCLK 信号，信号，而只有而只有/CS/CS
7、有效的芯片才被主控器件操纵。有效的芯片才被主控器件操纵。微机式医学仪器设计实验教材实验各信号线的意义为：各信号线的意义为：信号符号信号符号DIDIDODOCLKCLK/CS/CS信号名称信号名称数据输入线数据输入线数据输出线数据输出线时钟信号时钟信号片选信号片选信号信号意义信号意义外设的数据输入端，其电平表示当前输入的数据外设的数据输入端，其电平表示当前输入的数据外设的数据输出端，其电平表示当前输出的数据外设的数据输出端，其电平表示当前输出的数据主控器件提供的同步时钟，以保证数据的正确主控器件提供的同步时钟，以保证数据的正确用来选通所操纵的器件用来选通所操纵的器件除了上述引线之外，由于各种外设
8、控制功能的不同，采用除了上述引线之外，由于各种外设控制功能的不同，采用 SPISPI 接口，有时还要添加一接口，有时还要添加一些辅助的控制线，例如复位信号、中断信号等。些辅助的控制线，例如复位信号、中断信号等。（2 2）实际）实际 SPISPI 器件器件 TLC0832TLC0832实际的实际的 SPISPI 器件品种繁多，器件品种繁多，本次实验使用的本次实验使用的 TLC0832TLC0832 是一种基于是一种基于 SPISPI 接口的双路接口的双路 A/DA/D转换器。该器件的详细资料参见参考文献转换器。该器件的详细资料参见参考文献11和文献和文献22TLC0832TLC0832 是一种是
9、一种 2 2 通道逐次逼近似方式的通道逐次逼近似方式的 A/DA/D 转换器。基本性能如下：转换器。基本性能如下：8 8 位分辨率位分辨率可以“满量程”工作或使用可以“满量程”工作或使用 5V5V 基准电压基准电压单通道或多路器选择的双通道，可单端或差分输入选择单通道或多路器选择的双通道，可单端或差分输入选择当时钟频率为当时钟频率为 250kHz250kHz 时，转换时间为时，转换时间为 3232 s s总非调整误差为总非调整误差为 1LSB1LSBTLC0832TLC0832 的引脚及其功能：的引脚及其功能：实验用的实验用的 TLC0832TLC0832 芯片为芯片为 8 8 脚的“双列直插
10、”脚的“双列直插”(DIP)(DIP)式封装。其引线方式参见下图。式封装。其引线方式参见下图。各引脚的意义参见下表：各引脚的意义参见下表：序号序号1 12 23 34 45 56 67 78 8引脚名称引脚名称/CS/CSCH0CH0CH1CH1GNDGNDDIDIDODOCLKCLKVCC/REVCC/REF F意义意义片选信号。片选信号。当该信号为高电平时，当该信号为高电平时，芯片未被选中，芯片未被选中，所有信号引线均所有信号引线均为高阻态。芯片的任何功能必须当该信号为低电平时方能实现。为高阻态。芯片的任何功能必须当该信号为低电平时方能实现。模拟通道模拟通道 0 0 的输入端。的输入端。可
11、以作为独立的输入通道使用，可以作为独立的输入通道使用，也可以由程也可以由程序控制，与序控制，与 CH1CH1 配合实现差分输入方式。配合实现差分输入方式。模拟通道模拟通道 1 1 的输入端。的输入端。可以作为独立的输入通道使用，可以作为独立的输入通道使用，也可以由程也可以由程序控制，与序控制，与 CH0CH0 配合实现差分输入方式。配合实现差分输入方式。地线。地线。数据输入端。来自主控器件数据输入端。来自主控器件(CPU)(CPU)的控制命令由此输入。的控制命令由此输入。数据输出端。转换结果由此输出。数据输出端。转换结果由此输出。时钟信号。时钟信号。电源电源/参考电压输入端。参考电压输入端。微
12、机式医学仪器设计实验教材实验TLC0832TLC0832 的动作时序：的动作时序：TLC0832TLC0832 的动作时序见下图。的动作时序见下图。图中可见图中可见 TLC0832TLC0832 的全部动作过程。的全部动作过程。应当注意以下要点：应当注意以下要点：1 1 任何有效操作均必须在任何有效操作均必须在/CS/CS 为低电平时才能实现。所以，开始对为低电平时才能实现。所以，开始对 TLC0832TLC0832 作任何作任何操作都必须首先将操作都必须首先将/CS/CS 由高电平置为低电平，一次完整的操作结束后，应当及时地由高电平置为低电平，一次完整的操作结束后，应当及时地将将/CS/CS
13、 置为高电平；置为高电平；2 2 时钟信号时钟信号 CLKCLK 是由主控器件是由主控器件(CPU)(CPU)主动提供的，它控制了转换的节拍；主动提供的，它控制了转换的节拍；3 3 一个完整的转换过程分一个完整的转换过程分 2 2 个基本步骤：个基本步骤：A.A.由由 CPUCPU 向器件发出控制命令；向器件发出控制命令；B.B.CPUCPU从器件读出转换后的数据；从器件读出转换后的数据；4 4 控制命令由控制命令由 CPUCPU 通过通过 DIDI 线向器件发出，包括线向器件发出，包括 3 3 个个 BITBIT。第。第 1 1 个个 BITBIT 为启动位，为启动位，后后 2 2 个个 B
14、ITBIT 为配置位；为配置位；5 5 2 2 个个 BITBIT 的配置位的名称为的配置位的名称为 SGL/DIFSGL/DIF 和和 ODD/EVENODD/EVEN，共同决定了器件的输入性质共同决定了器件的输入性质(参见附表参见附表)；6 6 CLKCLK 信号是由信号是由 CPUCPU 操纵下“人为制造”出高低电平变化而形成的。每当需要向器操纵下“人为制造”出高低电平变化而形成的。每当需要向器件写入命令时，应当首先将所需要的数据加到件写入命令时，应当首先将所需要的数据加到 DIDI 脚上，然后让脚上，然后让 CLKCLK 由低电平向由低电平向高电平变化高电平变化(上升沿上升沿)，这时器
15、件会自动保持，这时器件会自动保持DIDI 上的数据，之后，应当将上的数据，之后，应当将CLKCLK 恢复恢复到低电平，以便下一个节拍的操作；到低电平，以便下一个节拍的操作；7 7 由器件中读出数据时有些不同，由器件中读出数据时有些不同，此时应当首先将此时应当首先将 CLKCLK 置为高电平，置为高电平，然后，然后，再将再将 CLKCLK由高电平置为低电平，在由高电平向低电平变化的“下降沿”后，器件的由高电平置为低电平，在由高电平向低电平变化的“下降沿”后，器件的DODO 端会端会出现有效的数据信号。出现有效的数据信号。CPUCPU 可以在此时检测可以在此时检测 DODO 端的状态，读出有效的数
16、据；端的状态，读出有效的数据；8 8命令命令 BITBIT 发送之后，便可以开始读出转换结果，事实上，器件内部的逐次近似转发送之后，便可以开始读出转换结果，事实上，器件内部的逐次近似转换过程是在换过程是在 CLKCLK 的控制下一拍、一拍地进行，每一拍完成一个的控制下一拍、一拍地进行，每一拍完成一个BITBIT 的转换，转换的转换，转换的结果同时就出现在的结果同时就出现在 DODO 上，这就是所谓的“外部时钟方式”上，这就是所谓的“外部时钟方式”。特点是简单，但是。特点是简单，但是对于外部时钟的“占空比”有较严格的控制，否则精度将受到影响有些串行对于外部时钟的“占空比”有较严格的控制，否则精度
17、将受到影响有些串行A/DA/D 器件内部自己配备了时钟系统，器件内部自己配备了时钟系统，无须无须 CPUCPU 的的 CLKCLK 信号，信号，而是利用自身的时钟而是利用自身的时钟系统完成转换，这样的器件精度比较有保障。使用这种器件时，在启动器件开始转系统完成转换，这样的器件精度比较有保障。使用这种器件时，在启动器件开始转换后，换后，CPUCPU 应当等待“转换完成应当等待“转换完成(EOC)(EOC)”信号，当”信号，当EOCEOC 出现后，才开始读取数据；出现后，才开始读取数据；9 9数据读出时，器件首先以“高位在前”数据读出时，器件首先以“高位在前”(MSB-First)(MSB-Fir
18、st)方式输出数据，然后再以“低方式输出数据，然后再以“低位在前”位在前”(LSB-First)(LSB-First)方式输出数据。事实上，应用系统的设计人员可以根据自己的方式输出数据。事实上，应用系统的设计人员可以根据自己的需要选择适当的方式读取数据，需要选择适当的方式读取数据，如果只需要如果只需要 MSB-FirstMSB-First 方式，方式，则启动转换后只需要则启动转换后只需要8 8 个个 CLKCLK 就可以完成全部操作，这时，从图中的第就可以完成全部操作，这时，从图中的第 1212 个个 CLKCLK 后面的操作可以不后面的操作可以不必进行；必进行；1010全部操作完成后应当将全
19、部操作完成后应当将/CS/CS 置为高电平。置为高电平。微机式医学仪器设计实验教材实验使用使用 TLC0832TLC0832 需要注意：需要注意：TLC0832TLC0832 要求在转换数据时要求在转换数据时 CLKCLK 占空比为占空比为 40%60%40%60%，否则会导致转换结果不正确，否则会导致转换结果不正确，CLKCLK 可由单片机的一根可由单片机的一根 I/OI/O 口线驱动，用软件控制脉冲的频率和占空比。口线驱动，用软件控制脉冲的频率和占空比。TLC0832TLC0832 的模拟输入信号的的功能比较齐备，可以通过控制命令灵活地配置为差分或的模拟输入信号的的功能比较齐备，可以通过控
20、制命令灵活地配置为差分或单端方式。即，单端方式。即，2 2 个输入通道个输入通道 CH0CH0 和和 CH1CH1 可以作为一对差分输入的互补信号线，也可以配可以作为一对差分输入的互补信号线，也可以配置为各自独立的单端输入信号线。置为各自独立的单端输入信号线。请注意以下请注意以下要点：要点：1、配置命令由信号配置命令由信号 SGL/DIFSGL/DIF 和和 ODD/EVENODD/EVEN2 2 个个 BITBIT 组成，排列顺序是组成，排列顺序是 SGL/DIFSGL/DIF在前，在前，ODD/EVENODD/EVEN 在后，在后，2 2 个控制个控制 BITBIT 组合的意义参见附表；组
21、合的意义参见附表；2、差分输入方式是指一对大小相同方向相反的输入方式，差分输入方式是指一对大小相同方向相反的输入方式，它需要它需要 2 2 个输入端，个输入端，而且这而且这2 2 个输入端有极性之分；个输入端有极性之分；3、单端输入实际上也需要单端输入实际上也需要 2 2 个输入端，一个是信号端，另一个是参考端，即所谓的个输入端，一个是信号端，另一个是参考端，即所谓的“地”。但是应当注意，地线作为参考端被假定为稳定不变的，输入信号完全由输“地”。但是应当注意，地线作为参考端被假定为稳定不变的，输入信号完全由输入端上的电压变化而决定；入端上的电压变化而决定；4、TLC0832TLC0832 配置
22、为差分输入方式时只能组成一路输入；配置为单端输入方式时，可配置为差分输入方式时只能组成一路输入；配置为单端输入方式时，可以提供以提供 2 2 路独立的输入。路独立的输入。TLC0832TLC0832 输入信号地址控制逻辑表输入信号地址控制逻辑表地址选择地址选择L LL LH HH HL LH HL LH H通道号通道号CH1CH1+SGL/DIFSGL/DIFODD/EVENODD/EVENCH0CH0操作意义操作意义CH0CH0 为正极性，为正极性，CH1CH1 为负极性的差分输入方式为负极性的差分输入方式CH0CH0 为负极性，为负极性，CH1CH1 为正极性的差分输入方式为正极性的差分输
23、入方式选择选择 CH0CH0 的单极性，单通道方式的单极性，单通道方式选择选择 CH1CH1 的单极性，单通道方式的单极性，单通道方式H=H=高电平高电平,L=L=低电平低电平,or+=or+=所选择的输入端的终端极性所选择的输入端的终端极性五、实验电路及连线五、实验电路及连线微机式医学仪器设计实验教材实验LC0832LC0832 与与 5151 系列微处理器的连接相当简单，具体的参考电路参见下图：系列微处理器的连接相当简单，具体的参考电路参见下图：实验中，我们采用选择实验中，我们采用选择 CH0CH0 的单极性，单通道方式。因此，的单极性，单通道方式。因此，CH1CH1 端应接地，端应接地，
24、CH0CH0 端端为输入电压。我们采用通过可调电位器的方法改变输入电压，以观察为输入电压。我们采用通过可调电位器的方法改变输入电压，以观察 A/DA/D 转换结果。转换结果。配置命令由信号配置命令由信号 SGL/DIFSGL/DIF 和和 ODD/EVENODD/EVEN2 2 个个 BITBIT 组成，在本实验中应设置为：组成，在本实验中应设置为：SGL/DIF=1SGL/DIF=1；ODD/EVEN=0ODD/EVEN=0微机式医学仪器设计实验教材实验六、软件流程及编程六、软件流程及编程1 1、A/DA/D 转换的软件流程图转换的软件流程图开始选通器件/CS=0置启动条件DI=1发出一个时
25、钟CALL sCLK送控制命令的第1个BITDI=S/D发出一个时钟CALL sCLK送控制命令的第2个BITDI=O/E发出一个时钟CALL sCLK检测DO的状态No由DO读出一个BIT将读出的BIT用于字节输出到指定的BYTE选通器件读完8次？检查是否读完了所有BITYes放弃对于器件的控制/CS=1结束sCLK入口发出时钟的高电平CLK=1适当地延时片刻CALL DELAY1发出时钟的低电平CLK=0适当延时CALL DELAY2RET图中绘出了图中绘出了 A/DA/D 转换的基本过程。必须说明，这个流程图并不是最优化的，而仅仅转换的基本过程。必须说明，这个流程图并不是最优化的，而仅仅
26、表现了表现了 A/DA/D 转换的主要步骤。流程图的右侧绘出了每个步骤相应的注释。转换的主要步骤。流程图的右侧绘出了每个步骤相应的注释。微机式医学仪器设计实验教材实验图中使用了图中使用了 sCLKsCLK 子程序，子程序，该子程序的流程图附在本小节的后部。该子程序的流程图附在本小节的后部。这里应当注意的是，这里应当注意的是，sCLKsCLK 子程序中使用了子程序中使用了 2 2 个延时子程序，个延时子程序，DELAY1DELAY1 和和 DELAY2DELAY2，其目的是为了调整时钟，其目的是为了调整时钟信号的频率和占空比，信号的频率和占空比，实际的延时子程序可以用不同长度的循环来实现，实际的
27、延时子程序可以用不同长度的循环来实现，或者简单地插入或者简单地插入若干个若干个 NOPNOP 来解决。具体的延时长度应当视实际需要而定。延时时间的确定原则在于使来解决。具体的延时长度应当视实际需要而定。延时时间的确定原则在于使得得 CLKCLK信号处于高电平和低电平的时段基本相等，信号处于高电平和低电平的时段基本相等，而且必须考虑到而且必须考虑到 sCLKsCLK子程序返回后，子程序返回后，A/DA/D 程序进行其它操作时程序进行其它操作时 CLKCLK 处于低电平的时段长度。处于低电平的时段长度。2 2、A/DA/D 转换程序：转换程序：(见源程序文件见源程序文件 TLC0832.ASM)T
28、LC0832.ASM)BEGIN:BEGIN:CLR P1.4CLR P1.4;/CS=0,;/CS=0,选通器件选通器件SETBSETBP1.1P1.1;DI=1,;DI=1,置启动条件置启动条件CALLCALLSCLKSCLK;发出一个时钟发出一个时钟SETBSETBP1.1P1.1;DI=S/D=1,;DI=S/D=1,送控制命令的第送控制命令的第 1 1 个个 BITBITCALLCALLSCLKSCLK;发出一个时钟发出一个时钟CLR P1.1CLR P1.1;DI=O/E=0,;DI=O/E=0,送控制命令的第送控制命令的第 2 2 个个 BITBITMOV A,#00HMOV A
29、,#00H;设存放转换结果的寄存器设存放转换结果的寄存器 A A 初值初值MOV R0,#08H ;MOV R0,#08H ;读读 8 8 位位 BITBITGETDATA:GETDATA:CALLCALLSCLKSCLK;发出一个时钟发出一个时钟MOV C,P1.0MOV C,P1.0;由由 DODO 读出一个读出一个 BIT,BIT,检测检测 DODO 的状态的状态RLC ARLC A;将读出的将读出的 BITBIT 用于字节输出到指定的用于字节输出到指定的 BYTE,BYTE,选通器件选通器件DJNZDJNZR0,GETDATA;R0,GETDATA;读完读完 8 8 次了吗次了吗?未读
30、完未读完,继续继续SETBSETBP1.4P1.4;/CS=1.;/CS=1.读完读完,放弃对于器件的控制放弃对于器件的控制SJMPSJMP$;SCLK ;SCLK 入口入口SCLK:SCLK:SETBSETBP1.2P1.2;CLK=1,;CLK=1,发出时钟的高电平发出时钟的高电平NOPNOP;适当延时片刻适当延时片刻NOPNOPNOPNOPNOPNOPCLR P1.2CLR P1.2;CLK=0,;CLK=0,发出时钟的低电平发出时钟的低电平NOPNOP;适当延时片刻适当延时片刻NOPNOPNOPNOPNOPNOPRETRETENDEND微机式医学仪器设计实验教材实验;查指令表可知查指令
31、表可知 NOPNOP 指令需用指令需用 1 1 个机器周期，在个机器周期，在 12MHz12MHz 晶振时，一个机晶振时，一个机器周期时间长度为器周期时间长度为 12/(12MHZ)=1us12/(12MHZ)=1us;所以该段延时程序执行时间为：所以该段延时程序执行时间为：2*1us=2us2*1us=2us;因此因此,若取若取 CLKCLK 的时钟占空比为的时钟占空比为 50%,50%,则高低电平延时时间相同则高低电平延时时间相同,即总共的时钟周期即总共的时钟周期为为:2*2us=4us,:2*2us=4us,;即即 CLKCLK 时钟频率为时钟频率为 1/(4us)=250KHz1/(4
32、us)=250KHz;同学们可以编写两个不同的延时程序同学们可以编写两个不同的延时程序,实现不同的实现不同的 CLKCLK 时钟频率和占空比时钟频率和占空比,;但是要注意但是要注意 CLKCLK 必须在必须在 10KHz600KHz10KHz600KHz 之间之间,占空比必须在占空比必须在 40%60%40%60%之间之间.参考文献参考文献 1 1 武汉力源电子股份有限公司武汉力源电子股份有限公司.TLC0831C/I,TLC0832C/I 8.TLC0831C/I,TLC0832C/I 8位串行控制模数转换器位串行控制模数转换器产品资料产品资料.1998.6.1998.6 武汉武汉22 Te
33、xasTexas InstrumentsInstruments Incorporated.Incorporated.DaDatata SheetSheet ofof TLC0831C,TLC0831C,TLC0831I,TLC0831I,TLC0832C,TLC0832C,TLC0832ITLC0832I 8-BIT8-BIT ANALOG-TO-DIGITALANALOG-TO-DIGITAL CONVERTERSCONVERTERS WITHWITH SERIALSERIALCONTROL.CONTROL.APRIL 1996,USAAPRIL 1996,USA七、实验思考题七、实验思考题
34、1 1单步执行参考程序，观察记录实验结果：单步执行参考程序，观察记录实验结果：Vi=0VVi=0V，1V1V，2V2V，3V3V，4V4V，5V5V时，时，A/DA/D 转换的数据。转换的数据。2 A/D2 A/D 转换数据的分辨率？转换数据的分辨率？3 A/D3 A/D 转换数据的时间（转换数据的时间（1 1 个字节）？个字节）？4 4修改完善参考程序，实现定时采样的功能。查看记录修改完善参考程序，实现定时采样的功能。查看记录DATADATA、CODECODE 空间空间的数据，实现数据的采集。的数据，实现数据的采集。微机式医学仪器设计实验教材实验实验五实验五生物信号数据通讯与存储生物信号数据
35、通讯与存储一、实验要求一、实验要求本实验利用本实验利用 AT24C16AT24C16 对单片机进行外部数据存储器的扩展，对单片机进行外部数据存储器的扩展，使用使用 80518051 单片机模拟单片机模拟 I I C C2 2总线实现串行总线实现串行 E E PROMPROM 的读写。的读写。将单片机内部将单片机内部 RAMRAM 30H30H 开始的开始的 1616 个字节的数据写到外部数据个字节的数据写到外部数据区，然后再将外部数据区的区，然后再将外部数据区的 1616 个字节的内容读到内部个字节的内容读到内部 RAM 40HRAM 40H开始的单元中，以检验是否开始的单元中，以检验是否将数
36、据正确的写到外部存储器。将数据正确的写到外部存储器。2 2二、实验目的二、实验目的5 5、熟悉熟悉 I I C C 串行数据总线技术的结构和原理。串行数据总线技术的结构和原理。6 6、掌握掌握 AT24CAT24C系列系列 E E2 2PROMPROM 接口的转换性能及编程。接口的转换性能及编程。7 7、掌握掌握 AT24CAT24C系列与系列与 80C5180C51 单片机的接口方法。单片机的接口方法。8 8、通过实验了解如何使用具有通过实验了解如何使用具有 I I2 2C C 总线接口功能的串行总线接口功能的串行 E E2 2PROMPROM 来扩展单片机的来扩展单片机的外部数据存储区。外
37、部数据存储区。2 2三、实验设备三、实验设备 1 1机机一台一台 2 2实验面包板实验面包板一个一个 3 80C51 3 80C51 仿真器仿真器一套一套4 4元件元件:AT24C16 1:AT24C16 1 片片5 5导线导线若干若干四、实验说明四、实验说明I I2 2C C 是一种新的芯片间的通讯方式，由是一种新的芯片间的通讯方式，由 PHILIPSPHILIPS 开发和推广。开发和推广。I I2 2C C 通讯采用两条线进通讯采用两条线进行通讯，一条数据线，一条时钟线，可进行多器件通讯。总线上的每个器件都有自己的地行通讯，一条数据线，一条时钟线，可进行多器件通讯。总线上的每个器件都有自己
38、的地址。数据传送是双向的，总线支持多主机，址。数据传送是双向的，总线支持多主机，80518051 上上 I I2 2C C 总线的接口为总线的接口为 P0P0 端口的两根线，端口的两根线，有专门的特殊功能寄存器来控制总线的工作和执行传输协议。而在单片机系统中广泛使用有专门的特殊功能寄存器来控制总线的工作和执行传输协议。而在单片机系统中广泛使用E E2 2PROMPROM 作为数据存储器，作为数据存储器，AT24CAT24C 系列串行系列串行 E E2 2PROMPROM 是具有是具有 I I2 2C C 总线接口功能的数据存总线接口功能的数据存储器。本实验介绍了储器。本实验介绍了 I I2 2
39、C C 总线及总线及 AT24CAT24C 系列串行系列串行 E E2 2PROMPROM，给出了，给出了 80518051 单片机与串行单片机与串行E E2 2PROMPROM 通讯的硬软件实现方法和实用的读通讯的硬软件实现方法和实用的读/写子程序。写子程序。1 1、I I2 2C C 总线简介总线简介I I2 2C C 总线是一种双线串行数据总线，具有多端控制能力，由串行数据（总线是一种双线串行数据总线，具有多端控制能力，由串行数据（SDASDA）线和串）线和串行时钟（行时钟（SCLSCL）线，在）线，在CPUCPU 与被控与被控 ICIC 与与 ICIC 之间进行数据双向传输，最高传输率
40、为之间进行数据双向传输，最高传输率为100100 千千比特比特/秒。秒。SDASDA 线与线与 SCLSCL 线均为双向线均为双向 I/OI/O 线，经电阻接线，经电阻接+5+5 伏，当总线空闲时，两线为高电伏，当总线空闲时，两线为高电平，当平，当 I I2 2C C 总线有所挂总线有所挂 ICIC 准备发送数据时，把集电极电压拉低，从而使与之相连的准备发送数据时，把集电极电压拉低，从而使与之相连的 SDASDA线电压降低，占据了线电压降低，占据了 SDASDA 线发送数据。在传送数据过程，有三种信号出现，分别是：线发送数据。在传送数据过程，有三种信号出现，分别是：开始信号。开始信号。SCLS
41、CL 线为高电平，线为高电平，SDASDA 线由高电平变低电平，视为开始传送数据。线由高电平变低电平，视为开始传送数据。结束信号。结束信号。SCLSCL 线为高电平，线为高电平，SDASDA 线由低电平变高电平，视为结束传送数据。线由低电平变高电平，视为结束传送数据。微机式医学仪器设计实验教材实验应答信号。接收数据的应答信号。接收数据的ICIC 收到期收到期 1 1 字节（字节（8 8 比特）数据后，向发送数据的比特）数据后，向发送数据的ICIC 发出低发出低电平脉冲信号，视为已收到信号。电平脉冲信号，视为已收到信号。在在 I I2 2C C 总线上传送的一个数据字节由八位组成。总线对每次传送
42、的字节数没有限制，总线上传送的一个数据字节由八位组成。总线对每次传送的字节数没有限制，但每个字节后必须跟一位应答位。但每个字节后必须跟一位应答位。数据传送首先传送最高位数据传送首先传送最高位(MSB)(MSB)，数据传送按图数据传送按图 1 1 所示格所示格式进行。首先由主机发出启动信号“式进行。首先由主机发出启动信号“S”(SDAS”(SDA 在在 SCLSCL 高电平期间由高电平跳变为低电平高电平期间由高电平跳变为低电平)，然后由主机发送一个字节的数据。启动信号后的第一个字节数据具有特殊含义：高七位是然后由主机发送一个字节的数据。启动信号后的第一个字节数据具有特殊含义：高七位是从机的地址，
43、第八位是传送方向位，从机的地址，第八位是传送方向位，0 0 表示主机发送数据表示主机发送数据(写写)，1 1 表示主机接收数据表示主机接收数据(读读)。被。被寻址到的从机设备按传送方向位设置为对应工作方式。标准寻址到的从机设备按传送方向位设置为对应工作方式。标准 I I2 2C C 总线的设备都有一个七位总线的设备都有一个七位地址，所有连接在地址，所有连接在 I I2 2C C 总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节，并将接收到的地址总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节，并将接收到的地址与自己的地址进行比较，如果地址相符则为主机要寻访的从机，应在第九位答时钟脉冲时与自己的地址进行比较，如
44、果地址相符则为主机要寻访的从机，应在第九位答时钟脉冲时向向 SDASDA 线送出低电平作为应答。除了第一字节是通用呼叫地址或十位从机地址之外，第二线送出低电平作为应答。除了第一字节是通用呼叫地址或十位从机地址之外，第二字节开始即数据字节。数据传送完毕，由主机发出停止信号“字节开始即数据字节。数据传送完毕，由主机发出停止信号“P”(SDAP”(SDA 在在 SCLSCL 高电平期间高电平期间由低电平跳变为高电平由低电平跳变为高电平)。2 2、AT24CAT24C系列串行系列串行 E E2 2PROMPROMAT24CAT24C系列串行系列串行E E2 2PROMPROM具有具有I I2 2C C
45、总线接口功能，总线接口功能，功耗小，功耗小，宽电源电压宽电源电压(根据不同型号根据不同型号 2.5V2.5V6.0V)6.0V)，工作电流约为，工作电流约为3mA3mA，静态电流随电源电压不同为，静态电流随电源电压不同为 3030A A110110A A，存储容量见表，存储容量见表1 1。(1)AT24C(1)AT24C系列系列 E E2 2PROMPROM 接口及地址选择接口及地址选择由于由于 I I2 2C C 总线可挂接多个串行接口器件，在总线可挂接多个串行接口器件，在 I I2 2C C 总线中每个器件应有唯一的器件地址，总线中每个器件应有唯一的器件地址，按按 I I2 2C C 总线
46、规则，器件地址为总线规则，器件地址为 7 7 位数据位数据(即一个即一个 I I2 2C C 总线系统中理论上可挂接总线系统中理论上可挂接 128128 个不同地个不同地址的器件址的器件)，它和，它和1 1 位数据方向位构成一个器件寻址字节，最低位位数据方向位构成一个器件寻址字节，最低位D D0 0为方向位为方向位(读读/写写)。器件。器件寻址字节中的最高寻址字节中的最高 4 4 位位(D(D7 7D D4 4)为器件型号地址，为器件型号地址，不同的不同的 I I2 2C C 总线接口器件的型号地址是厂总线接口器件的型号地址是厂家给定的，如家给定的，如 AT24CAT24C系列系列 E E2
47、2PROMPROM 的型号地址皆为的型号地址皆为 10101010，器件地址中的低，器件地址中的低 3 3 位为引脚地位为引脚地址址 A A2 2A A1 1A A0 0，对应器件寻址字节中的，对应器件寻址字节中的 D D3 3、D D2 2、D D1 1位，在硬件设计时由连接的引脚电平给定。位，在硬件设计时由连接的引脚电平给定。微机式医学仪器设计实验教材实验对于对于 E E2 2PROMPROM的片内地址，的片内地址，容量小于容量小于 256256字节的芯片字节的芯片(AT24C01/02)(AT24C01/02)，8 8位片内寻址位片内寻址(A(A0 0A A7 7)即可满足要求。然而对于
48、容量大于即可满足要求。然而对于容量大于256256 字节的芯片，则字节的芯片，则 8 8 位片内寻址范围不够，如位片内寻址范围不够，如AT24C16AT24C16，相应的寻址位数应为相应的寻址位数应为 1111位位(2(21111=2048)=2048)。若以若以 256256 字节为字节为 1 1 页，页，则多于则多于 8 8 位的寻址位的寻址视为页面寻址。视为页面寻址。在在 AT24CAT24C系列中对页面寻址位采取占用器件引脚地址系列中对页面寻址位采取占用器件引脚地址(A2(A2、A1A1、A0)A0)的办法，的办法，如如 AT24C16AT24C16 将将 A A2 2、A A1 1、
49、A A0 0作为页地址。凡在系统中引脚地址用作页地址后，该引脚在电作为页地址。凡在系统中引脚地址用作页地址后，该引脚在电路中不得使用，作悬空处理。路中不得使用，作悬空处理。AT24CAT24C系列串行系列串行 E E2 2PROMPROM 的器件地址寻址字节如表的器件地址寻址字节如表 1 1 所示，所示，表中表中 P P0 0P P1 1P P2 2表示页面寻址位。表示页面寻址位。(2)(2)AT24CAT24C系列系列 E E2 2PROMPROM 读写操作读写操作对对AT24CAT24C系列系列 E E2 2PROMPROM的读写操作完全遵守的读写操作完全遵守I I2 2C C总线的主收从
50、发和主发从收的规则。总线的主收从发和主发从收的规则。连续写操作：连续写操作是对连续写操作：连续写操作是对 E E2 2PROMPROM 连续装载连续装载 n n 个字节数据的写入操作，个字节数据的写入操作，n n 随型号随型号不同而不同，一次可装载字节数见表不同而不同，一次可装载字节数见表 1 1。SDASDA 线上连续写操作数据状态如图线上连续写操作数据状态如图 2 2。AT24CAT24C 系列片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加系列片内地址在接收到每一个数据字节地址后自动加 1 1，故装载一页以内规定，故装载一页以内规定数据字节时，只须输入首地址，若装载字节多于规定的最多字节数，数