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1、目 录第1节 引 言21.1 课题背景 21.2 系统设计方法和步骤 2第2节 硬件电路设计和分析 32.1 总体方案和功能指标 62.2 复位电路 72.3 时钟电路 82.4 外部存储器电路 92.5 PC机控制接口电路102.6 与电视机的接口电路12 2.7 3一8译码器、键盘及LED显示电路 13第3节 软件设计和分析 153.1 主程序的初始化部分153.2 键扫描子程序173.3 E2PROM读写及I2 C通讯子程序 193.4 LED显示子程序 253.5 与PC机接口子程序26第4节 系统开发总结29第5节 结束语30参考文献31彩电生产中I2 C总线控制器第1节引 言1.1
2、课题背景 随着我国装备制造业的发展，嵌入式系统已经成为制造业的核心技术。而基于单片一微机的嵌入式系统又是嵌入式领域中涉及范围最为广泛的一种。它被广泛地应用到工业控制、仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多方面。可以毫不夸张地说，嵌入式单片机系统己经是耳目无所不在了。大到军事装备、飞机飞行的控制，小到家庭生活中冰箱、微波炉的控制，到处可见嵌入式单片机系统的影子。目前，围绕嵌入式单片机系统展开研究和开发，已经成为计算机软硬件技术发展最活跃的方向之一。嵌入式系统不同于通常纯粹的软件系统或硬件系统，而是软件与硬件通过在一起的，有些功能既可以用软件实现，也可以通过硬件实现。另外，嵌入式系统设计所面
3、临的挑战不仅涉及到计算机软件和硬件，也会涉及到许多非计算机工程中的问题，诸如机械尺寸问题、功耗问题和制造成本问题等。即使是计算机工程方面的问题，大部分系统在实时性、可靠性和多速率等问题方面也都有特别要求。要成功地设计完成一个嵌入式单片机系统，必须以应用环境和应用系统为中心，紧密结合性能、功耗、大小、成本等方面的综合要求来进行考虑。1.2系统设计方法和步骤 彩电生产过程中的单片微机控制系统的设计，必须和电视机生产的实际需求相结合。一个系统的设计开发主要有以下几个步骤: (1)根据生产实际需要，确定系统的总体方案和功能指标。 (2)综合考虑成本、工艺、系统扩展等方面的因素，分别进行硬件和软件的设计
4、和仿真。 (3)仿真调试成功后将应用程序固化，再进行现场调试。 (4)逐渐修改和完善直至样机试验成功。(5)按照人机工程学原理和严格的工艺标准，制造正式产品。第2节 硬件电路设计采用了I2C总线控制技术的新型彩电使得各电路之间的连接变得很简单，减少了大量元器件和连接线，提高了整机的可靠性。由于I2C总线具有多重控制能力，即“多主控”(multimalstering)，总线上任何能移进行发送和接收的设备都可以成为主控器，这就使得电视产品的调试可以很方便地由生产线上的单片微机控制系统来完成。我们把这个控制系统叫做“I2C总线控制器”。在阐述工I2C总线控制器具体的硬件和软件之前，先介绍相关的概念和
5、原理。I2C (inter-IntegratedCircui)t总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线。I2C总线工作原理l)总线的构成I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CUP与被控IC之间、IC与CI之间进行双向传送，最高传送速率1OOkbPs。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，
6、即接通需要控制的电路，;控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。2)总线的信号类型I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。开始信号:SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号:SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。应答信号:接收数据的I2C在接收到8Tit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示己收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续
7、传递信号的判断。若未收到应答信号，则判断为受控单元出现故障。3).总线基本操作I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上，则定义为发送器，器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟 (SCL)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才一能改变，SCL为高电平的期间，SDA状态的改变被用来表示起始和停止条件。参见图2-10。图2-10 串行总线上的数据传送顺序(1)控制字节在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同
8、的定义，EEPRMO一般应为1010)，接着三位为片选，最后一位为读写位，当为1时为读操作，为0时为写操作。如图2-11所示。图2-11 控制字节配置(2)写操作写操作分为字节写和页面写两种操作，对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。页面写的地址、应答和数据传送的时序参见图2-12图2-12 页面写(3)读操作读操作有三种基本操作:当前地址读、随机读和顺序读。图令13给出的是顺序读的时序图。应当注意的是:最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作，主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。如图2-13。图2-13
9、顺序读2.1 总体方案和功能指标硬件应包括主板、按键及LCD显示板、电源板三部分。硬件核心依然是灯AT89C52及其外围电路。按键及LCD显示板提供控制状态及数据显示。电源板提供系统工作电压+5V。系统应外接16K E2PROM用于电视机I2 C总线数据存储。系统应提供与PC机的接口，以方便从PC机读取和修改总线数据。系统应提供与电视机主板CPU的接口，从而向电视机主板E2PROM写入总线数据。系统应具有一定的抗干扰和纠错能力，可设置看门狗电路。硬件框图:如图2一1所示。图2-1 I2 C总线控制器硬件框图2.2 复位电路当AT89C52管脚RESET上出现高电平并保持至少2个机器周期，单片机
10、进入复位状态。复位后，从地址Oxo开始寻址，执行代码。为了确保上电复位操作正确，RESET上的复位信号应该大于2个机器周期。由于我们使用了11.O592MHz的晶振作为主时钟，故其1个机器周期为:12*(1/11.0592)=1.lus，因此要求复位信号大于2.2us。为此选用MAXAM公司的MAX813L看门狗监控芯片，可为MCU提供上电复位，掉电复位，手动复位，看门狗及电压比较器功能。在上电期间，当电源电压超过其复位门限电压(4.65V)后，MAX813L就会产生一个至少140ms脉宽的复位脉冲，当掉电或电源波动下降到低于复位门限1.25 V后也产生复位脉冲，确保在任何情况下系统都能正常工
11、作。当程序跑飞时，WD0输出低电平，并保持14OmS以上，于是MAX813L产生复位信号，同时看门狗定时器清零。MAX813L的清看门狗输入端WDI由AT89C52的P3.5控制，当WDI上的电平在1.6秒内无变化，表示程序进入死循环或跑飞，则将产生复位信号，使机器可以恢复正常工作。图2-2为复位电路电原理图。其中MR段接手动复位键。图2-2 复位电路2.3 时钟电路X1和X2是AT89C52时钟输入和输出端。由于其内部有振荡电路，所以在X1和X2端可以接一个无源晶振。在此设计中，我们使用了11.O592MHz的晶振，机器周期为输入晶体振荡器频率的12分频，即为:12x(1/11.0592)=
12、1.lus。图2-3为时钟电路原理图。图2-3 时钟电路原理2.4 外部存储器电路 在本设计中，程序存储器为AT89C52内部的8Kbyte Flash ERPMO。为了存放电视机的I2C总线数据，在AT89C52外部挂接了一片16Kbit的串行EPROM，IS24C16。IS24C16从模式的器件地址的最低位，由P3.3(R/W)决定，片选位A2、A1、AO都接地，而器件地址的高4位固定为1010，因此，读为AIH;写为AOH。图2-4为外部存储器电原理图。图2-4 外部存储电路原理2.5 PC机控制接口电路由于PC系列微机串行口为RS232C标准接口，与输入、输出均采用TTL电平的灯AT8
13、9C52单片机在接口规范上不一致，因此TTL电平到RS232C接口电平的转换采用MAXIM公司的MAX232标准RS232接口芯片，该芯片可以用单电压(+5v)实现RS232接口逻辑“1”(-3V-15V)和逻辑“0(+3V-15V)的电平转换。通过AT89C52的口线P3.0(RXD)模拟接收端，P3.1(TXD)模拟发送端，波特率配置成9600bPs，如图2-5所示。PC般使用8250或16550作为串行通讯的控制器，使用9针或25针的接插件将串行口的信号送出。其中9针插头(针输出)的信号定义如下:图2-6 RS232接口定义MCS一51的串行口使用起来非常简单，因为MCS一51单片机的串
14、行口没有与MODEM控制相关的信号。这使得以上信号在通讯过程之中不会被全部使用，仅需TXD及RXD及SG即可完成，其他的握手信号可以直接悬空。图2-5 RS232接口电路原理2.6 与电视机的接口电路I2 C总线控制器在对电视机进行调试时，首先要通过一个带线插头与电视机主板上一个预留的插座相连，强行接管工I2 C总线。然后再将调试内容和调试数据送入电视机。接口电路如图2-7所示。Pl.4置高时，将电视机主板、AV板等上的工I2 C器件置于“Service状态，从而接管工I2 C总线。P1.5置高时，主板、AV板等的“BuSOff”信号有效，从而关闭工I2 C通讯，系统退出电视机工总线。Dll-D16是钳位二极管，Vll、Rll、R12构成电流驱动放大。图2-7 与电视机的接口电路2.7 3一8译码器、
