基于I2C总线的银行排队系统接口设计

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 本文以银行现有排队系统为实例,提出了IIC总线的单片机排队系统接口设计,通过对系统的仿真模拟试验,不仅简化设计电路,减小电路板面积,节省常规设计中的元器件,减少使用各项费用,而且系统能耗、消噪、可靠性等性能得到提高,在MCS-51系列单片机不带IIC总线接口组成的数据测控和智能仪表仪器中,可以通过IIC总线增加系统的接口器件种类,降低系统成本,提高应用系统性能[1-3]。

1 IIC总线

IIC总线(Inter Integrate Circuit Bus)是一种双向二线制总线,由串行时钟线(SCL)与串行数据线(SDA)构成,通过两根线连接不同的具有IIC总线的器件,在不同的器件间传送数据,数据传输速率在高速模式最高可达3.4 Mb/s,既简化了电路设计又提高了硬件使用效率,使IIC总线在嵌入式系统串行传输设计中得到广泛应用,目前主要用于中央控制中心、音频集成电路及视频等数字控制系统。

1.1 IIC总线时序

(1)启动及停止

总线不忙时,时钟线和数据线保持为高电平。启动条件(S)是时钟线在高电平而数据线为下降沿时,停止条件(P)是时钟线处于高电平而数据线为上升沿时,IIC总线启动停止条件如图1所示。


(2) 数据传送

  一个数据位的传送需要一个时钟脉冲,每1 B后加1个标志位,由传送器产生的标志位为高电平时,主设备会产生1个附加的标志位时钟脉冲。数据线SDA上信息只有时钟脉冲为高电平时应该保持数据稳定,否则数据线SDA上的数据会变为控制信号,如图2所示。


(3) IIC 总线协议

IIC总线进行数据传递前,应先标明接收的设备地址。当IIC总线启动后,一起传送这个地址与第1个被传送字节。

本系统中PCF8563 芯片作为一个从传送器或从接收器,SCL信号线只是输入线,SDA数据线为1条双向的信号线。

1.2 芯片PCF8563概述

PCF8563是经典低功耗实时时钟/日历芯片[4],具有IIC总线接口技术,总线最大传输速度可达400 kb/s,每次写读数据后,内部包含的字地址寄存器就会自动递增,具有功耗低、精度高等特点。PCF8563 具有定时器功能、多种报警功能、中断输出功能及时钟输出功能,可以完成多种定时服务,还可为单片机系统实现看门狗技术,其内部的振荡电路、时钟电路、低电压1.0 V检测电路及IIC两线制总线通讯方式,同时解决了2000年问题,不但使外围电路及其简洁,而且也增加了芯片的可靠,可广泛应用于水表、电表、移动电话、便携仪器、传真机、电池电源等产品领域中。

2 系统设计

2.1 系统需求分析

银行服务大厅设有8个业务服务窗口,服务窗口属性分为五类服务业务进行描述,可以进行个人理财业务、对公业务、VIP银行卡业务、个人存取款储蓄和代收手机费、水电费等混合业务。

排队系统性能要求:服务大厅入口处摆放排队机,供储户按时间顺序索取排队编号,打印编号;服务窗口内人员可以通过按钮实现叫号;叫号后在屏幕上显示编号并通过扬声器连续两次播放编号信息;工作人员通过后台可以进行排队系统的相关(功能、模式、菜单等)设置。

2.2 系统硬件设计

单片机排队系统由银行柜台操作模块、存储器模块、柜台叫号模块、液晶显示模块、储户操作模块组成,系统结构如图3所示。系统中IIC电路用于参数存储器(E2PROM)和实时精确时钟等接口的应用[2]。

实时精确时钟使用较低功耗的CMOS实时日历/时钟芯片,通过分频器(用于提供源时钟给实时时钟RTC)、定时器、可编程时钟输出、掉电检测器、报警器和IIC总线接口,来具体设置系统必需的精准时钟信号。所有的数据和地址通过IIC总线接口串行传输,每次写读数据后,字地址寄存器就会自动递增[5]。

参数存储器(E2PROM)[6]使用较低功耗的CMOS串行IIC电路,通过片内存储空间,记录柜台操作和储户排队等信息。其操作控制完全遵循IIC协议。

3 系统总线软件模拟的实现方法

排队系统原理图如图4所示,由P3.4、P3.3模拟串行总线的SDA端及SCL输出端,构成模拟的IIC串行总线系统。总线功能的实现除了简单硬件连接,大部分功能通过软件模拟来实现,下面给出部分总线常用子程序,这些子程序通用性较好,基本适用于大部分IIC总线接口的芯片[2-3]。


3.1 总线启动、停止函数

void IIC_Start(void)
{
IIC_SCL=1;
IIC_Delay();
IIC_SDA=1;
IIC_Delay();
IIC_SDA=0;
IIC_Delay();
IIC_SCL=0;
IIC_Delay();
}
void IIC_Stop(void)
{
IIC_SDA=0;
IIC_Delay();
IIC_SCL=1;
IIC_Delay();
IIC_SDA=1;
IIC_Delay();
IIC_SCL=1;
IIC_Delay();
}

3.2 从IIC器件指定位置读若干字节

bit RetBit;
unsigned char i;
IIC_Start(); /*启动总线*/
RetBit=IIC_Write_Byte(Device_Addr);
/*发送器件从地址*/ if(RetBit==0)
return(0);
RetBit=IIC_Write_Byte(Mem_Addr);
/*发送器件子地址*/ if(RetBit==0)
return(0);
IIC_Stop(); /*结束总线*/    IIC_Start(); /*重新启动总线*/
RetBit=IIC_Write_Byte(Device_Addr+1);
if(RetBit==0)
return(0);
for(i=0;i<Num-1;i++)
{
*DataPointer=IIC_Read_Byte(); /*接收数据*/
IIC_Ack(0); /*发送应答位*/
DataPointer++;
}
*DataPointer=IIC_Read_Byte(); /*接收数据*/
IIC_Ack(1);
IIC_Stop(); /*结束总线*/
return(1);

3.3 向IIC发送1字节函数

bit Ack_Flag;
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++) /*要传送的数据长度为8位*/
{
IIC_SDA=(bit)((Data<<i)&0x80);
/*依次判断待发送位高低*/
IIC_Delay();
IIC_SCL=1;
/*置时钟线为高,通知E2PROM开始接收数据位*/
IIC_Delay();
IIC_SCL=0;
IIC_Delay();
}
IIC_SDA=1;
/*8位数据发送完后释放数据线,准备接收应答位*/
IIC_Delay();
IIC_SCL=1;
IIC_Delay();
if(IIC_SDA)
Ack_Flag=0; /* E2PROM无应答*/    else
Ack_Flag=1; /*数据成功发送*/
IIC_SCL=0;
IIC_Delay();
return(Ack_Flag); /*返回E2PROM应答标志*/

3.4 系统仿真

经过软件分析后,即可利用keil c集成开发环境uVision2对用C语言编写的程序进行编译、调试,通过JTAG口将编译好的程序烧写到单片机中,完成所需排队功能。系统经过仿真测试,得到银行入口处摆放排队机供储户索取排队编号,打印编号;银行柜台内工作人员通过按钮可以实现叫号;叫号后在大屏幕显示上显示并通过喇叭播放叫号信息;银行工作人员可以通过后台进行系统的相关设置。 

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基于I2C总线的银行排队系统接口设计

介绍了IIC总线芯片基本性能及时序、总线结构,设计了银行排队系统,介绍带IIC总线的芯片PCF8563,通过软件的方法,实现IIC总线在MCS-51系统中的使用,有效利用了现有资源,实现排队功能,提高银行工作效率,减少顾客等待时间。系统通过keil c进行仿真实现银行排队预期功能。

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