1 引言

(Inter－Integrated Circuit)總線是一種用于連接微控制器及其外圍設備的總線。總線最主要的優點是其簡單和有效。由于接口直接在組件上，故其占用空間小，減少了電路板的空間和芯片引腳的數量，廣泛用于智能化儀表?，F在有的MCU已提供接口，但對于沒有直接支持總線的MCU則需要用軟件進行模擬。本文以AT89S52單片機為核心，與PC進行通信，實現具有總線的EEPROM AT24C04讀寫功能，構成一種數據寫入器，用于儀器儀表等設備中表格、曲線和參數等的讀寫。所有程序用C語言完成。

2 單片機和PC兩方的通信格式

本設計中的數據通信格式如下:第一字節為發給MCU的命令，第二字節保留。后16字節是所要寫入的數據。但在開始操作時最先發送的僅為前2字節。命令有如下幾種:寫命令(CMD_WRITE)、讀命令(CMD_READ)、操作結束命令(CMD_OVER)、狀態檢查命令(CMD_CHECKOK)。

兩方的通信過程大致如下:PC發出前綴為CMD的命令，然后監聽串口等待MCU返回的前綴為RSP的準備就緒的回應(寫入時為 RSP_WRITEREADY;讀出時為RSP_READREADY)，若超時則給出錯誤提示;收到該回應后進行讀寫操作;結束時PC發出結束命令并等待 MCU的結束回應;若正確收到該回應則提示成功，否則提示操作完成但未收到回應。在寫操作中，每發送18字節進行一次確認。另外，由于讀芯片中是讀出的所有內容，故此時PC不發結束命令而只等待結束回應。

在執行寫操作時，PC都以CMD_WRITE為命令發送18字節的數據并等待MCU的RSP_WRITTEN。在執行讀操作時，PC先接受MCU發來的以 RSP_READ為回應的18字節數據，然后再發送1個字節的命令CMD_READ。

3 I2C總線時序模擬

本設計使用的EEPROM為AT24C04，它可用串行總線。由于89S52不直接支持總線，因此只能使用IO口來模擬的總線時序。89S52可以進行位尋址，這給時序模擬帶來了方便。

(1) 通信開始信號

根據的規程，通信開始信號是當SCL(串行時鐘信號)處于高電平時在SDA(串行數據信號)上給出一個下跳沿，且下跳沿后，SCL還要維持高電平4μs。此過程可用如下代碼模擬:
_SDA=1;
_SCL=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_SDA=0; // 下跳沿
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_(); // 維持SCL為高電平4us
_SCL=0;

(2) 通信停止信號

通信停止信號是當SCL為高電平時在SDA上出現一個上跳沿，且SDA上跳前的低電平應維持4us以上。此過程模擬代碼和開始信號類似，在此省略。

(3) 字節傳送完畢確認信號

該信號是在SDA為低電平時SCL上出現一個正脈沖，此過程可用如下代碼模擬:
_SDA=0;
_SCL=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_SCL=0;
_SDA=1;

(4) 非確認信號

該信號便于控方傳送停止信號，在SDA為高電平時，SCL上出現一個正脈沖，除此，模擬代碼和字節傳送完畢確認信號類似，不再贅述。

利用上述基本操作，并根據AT24C04的時序關系，可以寫出對AT24C04進行讀寫的程序。由于AT24C04中的緩存是16字節，因此在讀寫時，均是以16字節為單位的。AT24C04總大小為512字節，其中又分了兩頁，在操作時還應同時指定要操作的頁。

4 MCU方的通信

進入讀、寫函數后，MCU都要回應PC方發來的命令，以確認準備就緒，所以在讀寫程序中，并不立即對EEPROM操作。數據寫讀的流程圖如圖1和圖2所示。其中RSP_WRITEREADY為對寫入準備好的回應，RSP_READREADY為對讀出準備好的回應，RSP_READ為成功讀出一段數據的回應，RSP_FIN為操作完成的回應。

5 PC方的串行通信

PC方的串行通信使用類CSerialComm來完成。在PC上完成串行通信可用微軟的MSComm通信控件，但這樣就需要帶上封裝這個控件的庫文件，否則程序不能獨立運行。因此本設計采用以Win32 API寫成的CSerialComm類來完成。

CSerialComm類繼承自CIoController，封裝了和串行通信相關的功能。主要成員函數功能如下:
Open:打開指定的端口。參數指定了所要打開的端口名稱，為一個字符串。這個函數打開的串口是同步的。
SetState:設置串口的狀態。參數是一個CSerialState類的指針。
SetTimeout:設置操作的超時時間，超過了這個時間，讀寫操作將返回。
CSerialComm類只提供基本的串口操作，而且不能發送窗口消息，不便于編寫Windows的基于消息的程序，因此，從CSerialComm繼承一個類CI2CWriter進一步封裝對串口的操作，主要成員函數功能如下:
InitPort:調用了CSerialComm的Open函數來打開一個串口，并保留擁有這類對象的窗口指針，以便發送消息。
Notify:向窗口消息，以通知當前的讀寫狀態。
BeginWrite，BeginRead，BeginVerify，BeginCheckMCU:分別為開始寫、讀、校驗和檢測MCU的狀態。它們將產生相應的工作線程。
OpenFile:這個函數用于打開要寫入到EEPROM中的文件。參數是所要寫入的文件的路徑名。由于AT24C04的容量是512字節，故該函數對文件的長度作了限制。