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I2C总线扩展设计【摘要】 介绍FC总线的结构、工作原理、数据传输方式和优点，提出了利用QC 总线扩展单片机端口的方法对于不具有I2C总线的单片机，可以利用其I/O 口模拟 来实现这种方法的应用不仅解决了单片机的并行口资源有限的问题，在应用系统中 还可以减少连线、缩小体积、降低成本、提高系统可靠性最后给出相应的应用实例， 其中包括电路图设计和汇编语言的软件实现本文主要以80C51单片机为核心，在P3 口上外接以24C04的EEPROM存储器, 在P0 口上接八段六位LED数码管，在P1 口上接4*4矩阵键盘,然后根据设计的硬件 电路，画出I2C程序流程图及各个功能块的程序流程图，再在Keil上依次编写各个功 能块的程序，并运用 Proteus 加以调试I2C总线接口的器件作为单片机外部扩展的接口电路来缓解I/O 口资源紧张的情 况，在应用系统中可以减少连线、缩小体积、降低成本，给应用系统带来极大方便， 具有很可观的发展前景关键词】 I2C 总线 ；单片机 ；EEPROMI2C bus extension application[Abstract] I 2 C bus structure, working principle and advantages of data transmission, proposed the use of single-chip I 2 C bus expansion port approach. For do not have I 2 C bus of the microcontroller, can use its I / O port simulation to achieve. Application of this method not only solves the microcontroller parallel port problem of limited resources, in the application system can also reduce connection, smaller size, lower costs, improve system reliability. Finally, the corresponding application examples, including schematic design and assembly language software.This paper mainly to 80C51 core, the P3 port connected to 24C04 EEPROM memory, the P0 port on the next eight six LED display, the P1 port then 4 * 4 keyboard, and then according to their own hardware circuit design, draw total I 2 C program flowchart and the program flow chart of the various functional blocks, and then turn on the Keil preparation of the various functional blocks of the program, and make debugging.I 2 C bus interface device as the microcontroller external expansion I / O port interface circuit to ease the I / O port resources tense situation, in the application system can reduce the connection, reduce size and cost, bringing great convenience to the application system . [Key words] I 2 C bus; SCM; EEPROM前言近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，微处理器芯片 的集成度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器计数器、 并行和串行接口、甚至 A/D 转换器等。

人们把这种超大规模集成电路芯片称作“单 片微控制器”，简称为单片机单片机的出现，引起了仪表领域内的一场新的技术革 命，以单片机为主体取代了传统的仪器仪表的常规电子线路，可以容易的将计算机技 术与测量控制技术结合在一起组成新一代的所谓“智能化仪器仪表”这种新型的 智能仪表在测量过程自动化，测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了 巨大的进展目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考 虑采用微处理器使之成为智能仪表的，而目前在仪器仪表中使用得最多的微处理器就 是单片机随着单片机的日益发展，其功能不断完善，单片机外设的增加，我们面临一个新 的问题，单片机I/O的不足，随着存储器件也不断的更新换代，人们与存储器件的关系 也越来越密切从汞延迟线、磁带、磁鼓、磁心到磁盘、光盘以及纳米存储，每一次 的技术的进步都拉近了人与存储器之间的距离有了存储器，计算机才具有记忆功能， 从而实现程序存储，使计算机能够自动高速地进行各种复杂的运算，因此解决I/O端口 这个问题已经迫在眉睫本论文以80C51为核心，通过I2C总线外接24C04的EEPROM 存储器、八段六位LED显示,、4*4键盘，通过I2C总线的扩展达到节约I/O的目的I2C总线扩展设计1 绪论1.1 研究的目的及意义随着电子科学技术的飞速发展 ,存储器件也不断的更新换代,人们与存储器件的 关系也越来越密切。

从汞延迟线、磁带、磁鼓、磁心到磁盘、光盘以及纳米存储，每 一次的技术的进步都拉近了人与存储器之间的距离［1］有了存储器,计算机才具有记 忆功能,从而实现程序存储,使计算机能够自动高速地进行各种复杂的运算存储器大致可分为两大类：易失和非易失 易失存储器在系统关闭时立即失存储在内的信息；它需要持续的电源供应以维持 数据大部分的随机存储器（RAM）都属于易失存储器非易失存储器在系统关闭 或无电源供应时仍能保持数据信息一个非易失存储器（NVM）器件通常也是一个 MOS管，拥有一个源极，一个漏极，一个门极另外还有一个浮栅（FLOATING GATE） 它的构造和一般的MOS管略有不同：多了一个浮栅浮栅被绝缘体隔绝于其他部分非易失存储器又可分为两类：浮栅型和电荷阱型 Kahng 和 Sze 在1967年发明 了第一个浮栅型器件，在这个器件中，电子通过3nm厚度的氧化硅层隧道效应从浮栅 中被转移到substrate中⑵隧道效应同时被用于对期间的编程和擦除，通常它适用于 氧化层厚度小于12nm在浮栅型存储器中，电荷被储存在浮栅中，它们在无电源供应的情况下仍然可以 保持所有的浮栅型存储器都有着类似的原始单元架构。

第一个门极被埋在门极氧化 层和极间氧化层之间，极间氧化层的作用是隔绝浮栅区，它的组成可以是氧-氮-氧， 或者二氧化硅包围在器件周围的二氧化硅层可以保护器件免受外力影响第二个门 极被称为控制门极， 它和外部的电极相连接 浮栅型器件通常用于 EEPROM（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）电可擦除可编程EEPROM在应用系统中既可由软件对其内容进行随机读写，又可 在芯片断电的情况下长期保存片内信息，因此兼备了 RAM和ROM的基本特点 EEPROM有串行和并行两大类并行EEPROM存储容量较大，读写方法简单，但价格 较高，适用于信息量较多的场合串行EEPROM结构简单紧凑，价格低廉，但其读写 方法复杂，存储单元较小,一般用于掉电情况下需要保存或一些数据需要修改的 场合，这类数据不多却很重要,若使用常规的RAM芯片，就必须附带一套性能可靠的 掉电保护系统，这不仅增加了线路设计的复杂性，同时也给设备的运行和维护带来了 诸多不便使用串行EEPROM来存储这类数据是最合适不过的尤其随着当今智能化 仪表趋于小型化，再加上真正需要保存的以及预设的数据位、控制位、保密位并不占 据太多的存储空间，串行EEPROM的体积小，功耗低，硬件接口非常简单，因而越来 越受到人们的重视，在智能化仪器仪表、控制装置等领域得到广泛的应用。

在测量仪器中使用EEPROM保存数据，这是仪器具有校准、标定功能的基本条件 EEPROM读写数据安全可靠保证了在测量过程中数据稳定但和Flash存储器进行比 较,Flash存储器结合了以往EEPROM结构简单、密度高和EEPROM在系统的电可擦 除性的一些优点，实现了高密度、低成本和高可靠性⑶Flash存储器和传统存储器的 最大区别在于它是按块(sector)擦除，按位编程，从而实现了快闪擦除的高速度［41电荷阱型器件是在1967年被发明的，也是第一个被发明的电编程半导体器件在 这类型的存储器中，电荷被储存在分离的氮阱中，由此在无电源供应时保持信息电 荷阱器件的典型应用是在MNOS(Metal Nitride Oxide Silicon)，SNOS(Silicon Nitride Oxide Semiconductor)和SONOS(Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor)中 1.2现状分析及发展趋势I2C总线产生于在80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理 中使用，其中包括单个组件状态的通信例如管理员可对各个组件进行查询，以管理 系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。

可随时监控内存、硬盘、网 络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理近年来，随着半导体技术的不断发展，陆续出现了一些新的数据要求非常严格的 芯片，比较典型的有基于I2C总线接口的24系列，基于SPI总线的25系列，以及并行总 线接口的28系列， 29系列，这些芯片的特点是芯片掉电后数据不会丢失，数据可以保 存几年、甚至几十年，这些芯片采用PC、SPI或Microwire串行总线协议，与单片机接 口通常仅占用2〜4个I/O 口，可以最大限度地节省单片机的资源，并且数据可以反复 擦写I2C是一种较为常用的串行接口标准，具有协议完善、支持芯片较多和占用I/O线 少等优点°I2C总线作为PHILIPS公司为有效实现电子器件之间的控制而开发的一种简 单的双向两线总线⑸现在，I2C总线已经成为一个国际标准，在超过100种不同的I2C 集成电路上实现，得到超过50家公司的许可，应用涉及家电、通信、控制等众多领域， 特别是在ARM嵌入式系统开发中得到广泛应用1.3本课题的设计任务与设计方案在80C51单片机、常用数字逻辑接口器件、ROM、RAM存储器器件、键盘显示 器等所组成的单片机系统上，设计一种I2C接口 EEPROM存储器扩展电路，要求通过 8051单片机的I/O端口模拟实现I2C工作时序，能够根据需要通过按键设定存储器的存 储器格式、进行读写、设定密码等操作。

设计思路：首先在PROTUES软件中连接仿真图，以80C51为核心，在P3 口上接以24C04的 EEPROM存储器，在P0 口上接八段六位LED显示，在P1 口上接4*4键盘,然后根据自己 设计的硬件电路，画出总的I2C程序流程图及各个功能块的程序流程图，再在Keil上依 次编写各个功能块的程序，并加以调试；然后在将各个功能块的程序和主程序加以组 合，并给与调试器件选择：80C51单片机,24C04。