问答题
阅读以下关于嵌入式系统I2C总线接口电路的技术说明，根据要求回答问题1至问题 4。
阅读以下关于嵌入式系统I2C总线接口电路的技术说明，根据要求回答问题1至问题 4。
【说明】
I2C总线是一种多主控器总线，对多个IC器件具有控制总线的能力。采用串行I2C总线技术设计接口电路，可节约嵌入式系统微处理器的I/O端口。图6-17给出了一种实现了键盘、时钟和实时参数存储三个功能模块的应用电路。图6-17中仅应用I2C总线构成单主控器的系统。此时时钟线SCL仅由微处理器驱动，因此可以用微处理器的一根I/O线作为SCL信号线，将其设置为输出方式，由软件控制产生串行时钟信号；用微处理器的另一根I/O线作为I2C总线的串行数据线，由软件控制在时钟的低电平期间读取或输出数据。
在图6-17中采用ATMEL公司的E2PROM AT24C64(IC8)实现了系统初始化数据、仪表系数、用户设置的参数或某些重要的实时数据参数的存储。DS1302时钟芯片可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5 V。8位并行I/O口扩展器件PCF8574具有口输出锁存功能，可直接驱动大电流LED管，同时还带有一个中断请求输出端INT(漏极开路方式)。在图6-17中，将PCF8574器件的8位准双向口外挂了一个4×4键盘矩阵。
I2C总线是一种多主控器总线，对多个IC器件具有控制总线的能力。采用串行I2C总线技术设计接口电路，可节约嵌入式系统微处理器的I/O端口。图6-17给出了一种实现了键盘、时钟和实时参数存储三个功能模块的应用电路。图6-17中仅应用I2C总线构成单主控器的系统。此时时钟线SCL仅由微处理器驱动，因此可以用微处理器的一根I/O线作为SCL信号线，将其设置为输出方式，由软件控制产生串行时钟信号；用微处理器的另一根I/O线作为I2C总线的串行数据线，由软件控制在时钟的低电平期间读取或输出数据。
在图6-17中采用ATMEL公司的E2PROM AT24C64(IC8)实现了系统初始化数据、仪表系数、用户设置的参数或某些重要的实时数据参数的存储。DS1302时钟芯片可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5 V。8位并行I/O口扩展器件PCF8574具有口输出锁存功能，可直接驱动大电流LED管，同时还带有一个中断请求输出端INT(漏极开路方式)。在图6-17中，将PCF8574器件的8位准双向口外挂了一个4×4键盘矩阵。
问答题
| 【问题1】 电阻R36、R37在图6-17电路中有何作用。请在100字以内简要说明。 |
【正确答案】
【答案解析】R36、R37分别是I2C串行总线上双向的数据线SDA与时钟线SCL的上拉电阻
这是一道要求读者掌握I2C串行总线接口电路中各个部件作用的电路分析题。本题的解答思路如下：
①I2C串行总线有两根信号线：一根是双向的数据线SDA；另一根是时钟线SCL。总线上受控器件的串行数据线SDA都接到总线的SDA线上，各受控器件的时钟线SCL接到总线的SCL上。
②在图6-17所示的电路中，电阻R36、R37的阻值为10 kΩ，分别接在AT24C64、 DS1302、PCF8574芯片的时钟线SCL和数据线SDA上。
③由于I2C总线接口均采用漏极开路(Open-drain)或集电极开路(Open-collector)的方式来完成线与(Wired AND)功能，因此需在数据线SDA、时钟线SCL上接人上拉电阻。可见R36、R37分别是I2C串行总线上双向的数据线SDA与时钟线SCL的上拉电阻。
④另外，设计I2C总线接口电路时需要注意，总线的驱动能力以所连接器件的负载电容量不超过400 pF为宜。
这是一道要求读者掌握I2C串行总线接口电路中各个部件作用的电路分析题。本题的解答思路如下：
①I2C串行总线有两根信号线：一根是双向的数据线SDA；另一根是时钟线SCL。总线上受控器件的串行数据线SDA都接到总线的SDA线上，各受控器件的时钟线SCL接到总线的SCL上。
②在图6-17所示的电路中，电阻R36、R37的阻值为10 kΩ，分别接在AT24C64、 DS1302、PCF8574芯片的时钟线SCL和数据线SDA上。
③由于I2C总线接口均采用漏极开路(Open-drain)或集电极开路(Open-collector)的方式来完成线与(Wired AND)功能，因此需在数据线SDA、时钟线SCL上接人上拉电阻。可见R36、R37分别是I2C串行总线上双向的数据线SDA与时钟线SCL的上拉电阻。
④另外，设计I2C总线接口电路时需要注意，总线的驱动能力以所连接器件的负载电容量不超过400 pF为宜。
问答题
| 【问题2】 图6-18给出了I2C总线开始条件与停止条件的时序图。通常I2C总线的开始条件、停止条件总是由{{U}} (1) {{/U}}产生。在开始条件产生后，总线被认为处于{{U}} (2) {{/U}}，在完成数据传输产生停止条件后，总线被认为处于空闲状态。在时钟信号的高电子期间，SDA传输线上的电平必须稳定，只有在SCL传输线上的时钟信号为{{U}} (3) {{/U}}，数据线上的高低电子才允许发生变化，此时传送的数据才有效。每一个写到SDA传输线上的数据字节必须为8位长度，每一次传输的字节数没有限制，每传输一个字节必须跟一个{{U}} (4) {{/U}}，传输字节时最高位在前。 |
【正确答案】
【答案解析】(1)主器件 (2)忙状态
(3)低电平 (4)应答位ACK
这是一道要求读者阅读I2C总线开始条件与停止条件的时序图，并理解I2C总线数据有效性，数据字节格式的综合分析题。本题的解答思路如下：
①每一个I2C总线器件都通过惟一的地址进行识别，根据其特性，可作为发送器或接收器工作。
②由于连接到I2C总线上的器件各不相同(如有CMOS器件、NMOS器件、TTL器件等)，逻辑。或逻辑1的电平会根据电源电压的高低发生变化，因此，每传输一个位就产生一个时钟脉冲。
③在图6-18所示的时序图中，I2C总线的开始条件是指当SCL为高电平时，SDA产生由高电平到低电平的跳变。停止条件是指当SCL为高电平时，SDA产生由低电平到高电子的跳变。
④开始和停止条件总是由主器件产生。在开始条件产生后，总线被认为处于忙状态，在完成数据传输产生停止条件后，总线被认为处于空闲状态。因此(1)空缺处应填入“主器件”，(2)空缺处应填入“忙状态”。
⑤I2C总线数据有效性是指在时钟信号的高电平期间，SDA传输线上的电平必须稳定，只有在SCL传输线上的时钟信号为低电平时，数据线上的高低电子才允许发生变化。因此(3)空缺处应填入“低电子”。
⑥I2C总线数据字节的格式规定，每一个写到SDA传输线上的数据字节必须为8位长度，每一次传输的字节数没有限制，每传输一个字节必须跟一个应答位ACK(见图6-18)，传输字节时最高位在前(MSB-first)。如果接收器因为执行其他功能(如中断服务)而不能接收剩余的数据字节时，接收器就保持时钟线SCL为低电平强制发送器进入等待状态，只有当接收器准备接收其他字节并释放SCL传输线时，数据传输才会继续进行。可见，(4)空缺处应填入“应答位ACK”。
(3)低电平 (4)应答位ACK
这是一道要求读者阅读I2C总线开始条件与停止条件的时序图，并理解I2C总线数据有效性，数据字节格式的综合分析题。本题的解答思路如下：
①每一个I2C总线器件都通过惟一的地址进行识别，根据其特性，可作为发送器或接收器工作。
②由于连接到I2C总线上的器件各不相同(如有CMOS器件、NMOS器件、TTL器件等)，逻辑。或逻辑1的电平会根据电源电压的高低发生变化，因此，每传输一个位就产生一个时钟脉冲。
③在图6-18所示的时序图中，I2C总线的开始条件是指当SCL为高电平时，SDA产生由高电平到低电平的跳变。停止条件是指当SCL为高电平时，SDA产生由低电平到高电子的跳变。
④开始和停止条件总是由主器件产生。在开始条件产生后，总线被认为处于忙状态，在完成数据传输产生停止条件后，总线被认为处于空闲状态。因此(1)空缺处应填入“主器件”，(2)空缺处应填入“忙状态”。
⑤I2C总线数据有效性是指在时钟信号的高电平期间，SDA传输线上的电平必须稳定，只有在SCL传输线上的时钟信号为低电平时，数据线上的高低电子才允许发生变化。因此(3)空缺处应填入“低电子”。
⑥I2C总线数据字节的格式规定，每一个写到SDA传输线上的数据字节必须为8位长度，每一次传输的字节数没有限制，每传输一个字节必须跟一个应答位ACK(见图6-18)，传输字节时最高位在前(MSB-first)。如果接收器因为执行其他功能(如中断服务)而不能接收剩余的数据字节时，接收器就保持时钟线SCL为低电平强制发送器进入等待状态，只有当接收器准备接收其他字节并释放SCL传输线时，数据传输才会继续进行。可见，(4)空缺处应填入“应答位ACK”。
问答题
| 【问题3】 I2C总线的寻址过程是在{{U}} (5) {{/U}}后发送第1个字节，该字节地址决定主控器选择哪一个从器件，还可以通过{{U}} (6) {{/U}}方式同时寻址所有的I2C器件，但当某个I2C器件不需要进行数据传输时，将忽略该寻址方式而不作任何应答。如果某个I2C器件需要获取数据，则将发出{{U}} (7) {{/U}}信号并作为一个{{U}} (8) {{/U}}。 |
【正确答案】
【答案解析】(5)开始条件 (6)广播寻址
(7)应答 (8)从接收器
这是一道要求读者掌握I2C总线寻址的综合分析题。本题的解答思路源于图6-18所给出的I2C总线开始条件与停止条件的时序图。
①试题关键信息“该字节地址决定主控器选择哪一个从器件”中，“该字节地址”是指图6-18中开始条件之后的“Address”。因此可推理出(5)空缺处应填入“开始条件”。
②I2C总线还可以通过“广播”寻址方式同时寻址所有的IC器件。当使用广播寻址时，理论上所有的IC器件都应该返回应答信号，但当某个IC器件不需要进行数据传输时，将忽略广播寻址而不作任何应答。广播寻址的第二个字节决定其后的操作。可见(6)空缺处应填入“广播寻址”。
③如果某个I2C器件需要获取数据，则将发出应答信号并作为一个从接收器。因此 (7)、(8)空缺处应分别填入“应答”、“从接收器”。
(7)应答 (8)从接收器
这是一道要求读者掌握I2C总线寻址的综合分析题。本题的解答思路源于图6-18所给出的I2C总线开始条件与停止条件的时序图。
①试题关键信息“该字节地址决定主控器选择哪一个从器件”中，“该字节地址”是指图6-18中开始条件之后的“Address”。因此可推理出(5)空缺处应填入“开始条件”。
②I2C总线还可以通过“广播”寻址方式同时寻址所有的IC器件。当使用广播寻址时，理论上所有的IC器件都应该返回应答信号，但当某个IC器件不需要进行数据传输时，将忽略广播寻址而不作任何应答。广播寻址的第二个字节决定其后的操作。可见(6)空缺处应填入“广播寻址”。
③如果某个I2C器件需要获取数据，则将发出应答信号并作为一个从接收器。因此 (7)、(8)空缺处应分别填入“应答”、“从接收器”。
问答题
【问题4】
以下是利用MCS-51系列单片机汇编语言实现模拟I2C总线接收N个字节数据的程序段(RDNBYTE)，请将汇编程序代码中(9)～(13)空缺处的内容填写完整。表6-21所示为MCS-51系列单片机部分汇编指令及寄存器说明。
{{B}}表6-21
MCS-51 系列单片机部分汇编指令及寄存器说明{{/B}}
程序中已定义了标号为START的启动位子程序、标号为STOP的停止位子程序、标号为MACK的发送应答位子程序、标号为MNACK的发送非应答位子程序、标号为
CACK的应答位检查子程序、标号为WRBYT的向VSDA线上发送1个数据字节的子程序、标号为RDBYT的从VSDA线上读取1个数据字节的子程序。调用RDNBYTE程序的归一化操作命令是
MOV SLA，#SLAR MOV
NUMBYTE，#N LCALL RDNBYT 【汇编程序代码】
VSDA EQU P1.6
；虚拟I2C总线数据线 VSCL EQU
P1.5 ；虚拟I2C总线时钟线
SLA EQU 50H
；寻址字节存放单元 NUMBYTE EQU 51H
；传送字节数存放单元 MTD EQU
30H ；发送数据缓冲区 MRD
EQU 40H ；接收数据缓冲区
SLAW0 EQU 0AOH
；写AT24C64(器件地址为0AOH) SLAR0 EQU
0A1H ；读24C64 SLAW1
EQU 40H ；写PCF8574(器件地址为040H)
SLAR1 EQU 41H ；读PCF8574
；模拟I2C总线接收N个字节数据
RDNBYTE：MOV R3，NUMBYTE
LCALL START ；发送启动位
MOV A，SLA ；发送寻址字节(读)
{{U}}(9) {{/U}}
{{U}}(10) {{/U}}
JB
F0，RDNBYTE RDN： MOV
R1，#MRD RDN1： {{U}}(11) {{/U}}
MOV @R1，A
DJNZ R3，ACK
；N个字节读完否?未完转
{{U}}(12) {{/U}}
LCALL STOP ；发送停止位
RET ACK： {{U}} (13)
{{/U}} INC
R1 SJMP
RDN1 ；转读下一个字节数据 (9)～(13)空缺处供选择的答案
| 指令 | 功能 | 寄存器 | 功能 |
| MOV | 数据传送指令 | A | 累加器 |
| INC | 加1指令 | R1 | 寄存器 |
| JB | 转移指令，直接寻址位为1时转移 | R3 | 寄存器 |
| DJNZ | 转移指令，寄存器/直接寻址单元减1，结果不为零时转移 | F0 | 用户标志位 |
| SJMP | 相对短转移 | ||
| LCALL | 长调用指令 | ||
| RET | 子程序返回指令 |
| A．LCALL START | B．LCALL MACK |
| C．LCALL CACK | D．LCALL RDBYT |
| E．LCALL WRBYT F．LCALL MNACK G．LCALL STOP |
【正确答案】
【答案解析】