基于I2C總線的銀行排隊(duì)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

本文以銀行現(xiàn)有排隊(duì)系統(tǒng)為實(shí)例，提出了IIC總線的單片機(jī)排隊(duì)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)，通過對(duì)系統(tǒng)的仿真模擬試驗(yàn)，不僅簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路，減小電路板面積，節(jié)省常規(guī)設(shè)計(jì)中的元器件，減少使用各項(xiàng)費(fèi)用，而且系統(tǒng)能耗、消噪、可靠性等性能得到提高,在MCS-51系列單片機(jī)不帶IIC總線接口組成的數(shù)據(jù)測(cè)控和智能儀表儀器中，可以通過IIC總線增加系統(tǒng)的接口器件種類，降低系統(tǒng)成本，提高應(yīng)用系統(tǒng)性能[1-3]。

1 IIC總線

IIC總線(Inter Integrate Circuit Bus)是一種雙向二線制總線，由串行時(shí)鐘線(SCL)與串行數(shù)據(jù)線(SDA)構(gòu)成，通過兩根線連接不同的具有IIC總線的器件,在不同的器件間傳送數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸速率在高速模式最高可達(dá)3.4 Mb/s，既簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)又提高了硬件使用效率，使IIC總線在嵌入式系統(tǒng)串行傳輸設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于中央控制中心、音頻集成電路及視頻等數(shù)字控制系統(tǒng)。

1.1 IIC總線時(shí)序

(1)啟動(dòng)及停止

總線不忙時(shí)，時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線保持為高電平。啟動(dòng)條件(S)是時(shí)鐘線在高電平而數(shù)據(jù)線為下降沿時(shí)，停止條件(P)是時(shí)鐘線處于高電平而數(shù)據(jù)線為上升沿時(shí)，IIC總線啟動(dòng)停止條件如圖1所示。

(2) 數(shù)據(jù)傳送

一個(gè)數(shù)據(jù)位的傳送需要一個(gè)時(shí)鐘脈沖，每1 B后加1個(gè)標(biāo)志位，由傳送器產(chǎn)生的標(biāo)志位為高電平時(shí)，主設(shè)備會(huì)產(chǎn)生1個(gè)附加的標(biāo)志位時(shí)鐘脈沖。數(shù)據(jù)線SDA上信息只有時(shí)鐘脈沖為高電平時(shí)應(yīng)該保持?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定，否則數(shù)據(jù)線SDA上的數(shù)據(jù)會(huì)變?yōu)榭刂菩盘?hào)，如圖2所示。

(3) IIC 總線協(xié)議

IIC總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞前，應(yīng)先標(biāo)明接收的設(shè)備地址。當(dāng)IIC總線啟動(dòng)后，一起傳送這個(gè)地址與第1個(gè)被傳送字節(jié)。

本系統(tǒng)中PCF8563 芯片作為一個(gè)從傳送器或從接收器，SCL信號(hào)線只是輸入線，SDA數(shù)據(jù)線為1條雙向的信號(hào)線。

1.2 芯片PCF8563概述

PCF8563是經(jīng)典低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片[4]，具有IIC總線接口技術(shù),總線最大傳輸速度可達(dá)400 kb/s，每次寫讀數(shù)據(jù)后，內(nèi)部包含的字地址寄存器就會(huì)自動(dòng)遞增，具有功耗低、精度高等特點(diǎn)。PCF8563 具有定時(shí)器功能、多種報(bào)警功能、中斷輸出功能及時(shí)鐘輸出功能，可以完成多種定時(shí)服務(wù)，還可為單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)看門狗技術(shù)，其內(nèi)部的振蕩電路、時(shí)鐘電路、低電壓1.0 V檢測(cè)電路及IIC兩線制總線通訊方式,同時(shí)解決了2000年問題，不但使外圍電路及其簡(jiǎn)潔，而且也增加了芯片的可靠，可廣泛應(yīng)用于水表、電表、移動(dòng)電話、便攜儀器、傳真機(jī)、電池電源等產(chǎn)品領(lǐng)域中。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

銀行服務(wù)大廳設(shè)有8個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)窗口，服務(wù)窗口屬性分為五類服務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行描述，可以進(jìn)行個(gè)人理財(cái)業(yè)務(wù)、對(duì)公業(yè)務(wù)、VIP銀行卡業(yè)務(wù)、個(gè)人存取款儲(chǔ)蓄和代收手機(jī)費(fèi)、水電費(fèi)等混合業(yè)務(wù)。

排隊(duì)系統(tǒng)性能要求：服務(wù)大廳入口處擺放排隊(duì)機(jī)，供儲(chǔ)戶按時(shí)間順序索取排隊(duì)編號(hào)，打印編號(hào);服務(wù)窗口內(nèi)人員可以通過按鈕實(shí)現(xiàn)叫號(hào);叫號(hào)后在屏幕上顯示編號(hào)并通過揚(yáng)聲器連續(xù)兩次播放編號(hào)信息;工作人員通過后臺(tái)可以進(jìn)行排隊(duì)系統(tǒng)的相關(guān)(功能、模式、菜單等)設(shè)置。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)排隊(duì)系統(tǒng)由銀行柜臺(tái)操作模塊、存儲(chǔ)器模塊、柜臺(tái)叫號(hào)模塊、液晶顯示模塊、儲(chǔ)戶操作模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)中IIC電路用于參數(shù)存儲(chǔ)器(E2PROM)和實(shí)時(shí)精確時(shí)鐘等接口的應(yīng)用[2]。

實(shí)時(shí)精確時(shí)鐘使用較低功耗的CMOS實(shí)時(shí)日歷/時(shí)鐘芯片,通過分頻器(用于提供源時(shí)鐘給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC)、定時(shí)器、可編程時(shí)鐘輸出、掉電檢測(cè)器、報(bào)警器和IIC總線接口，來具體設(shè)置系統(tǒng)必需的精準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。所有的數(shù)據(jù)和地址通過IIC總線接口串行傳輸，每次寫讀數(shù)據(jù)后，字地址寄存器就會(huì)自動(dòng)遞增[5]。

參數(shù)存儲(chǔ)器(E2PROM)[6]使用較低功耗的CMOS串行IIC電路，通過片內(nèi)存儲(chǔ)空間，記錄柜臺(tái)操作和儲(chǔ)戶排隊(duì)等信息。其操作控制完全遵循IIC協(xié)議。

3 系統(tǒng)總線軟件模擬的實(shí)現(xiàn)方法

排隊(duì)系統(tǒng)原理圖如圖4所示，由P3.4、P3.3模擬串行總線的SDA端及SCL輸出端，構(gòu)成模擬的IIC串行總線系統(tǒng)?？偩€功能的實(shí)現(xiàn)除了簡(jiǎn)單硬件連接，大部分功能通過軟件模擬來實(shí)現(xiàn),下面給出部分總線常用子程序，這些子程序通用性較好，基本適用于大部分IIC總線接口的芯片[2-3]。

3.1 總線啟動(dòng)、停止函數(shù)

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 從IIC器件指定位置讀若干字節(jié)

bit RetBit;
unsigned char i;
IIC_Start(); /*啟動(dòng)總線*/
RetBit=IIC_Write_Byte(Device_Addr);
/*發(fā)送器件從地址*/ if(RetBit==0)
return(0);
RetBit=IIC_Write_Byte(Mem_Addr);
/*發(fā)送器件子地址*/ if(RetBit==0)
return(0);
IIC_Stop(); /*結(jié)束總線*/ 　　 IIC_Start(); /*重新啟動(dòng)總線*/
RetBit=IIC_Write_Byte(Device_Addr+1);
if(RetBit==0)
return(0);
for(i=0;i<Num-1;i++)
{
*DataPointer=IIC_Read_Byte(); /*接收數(shù)據(jù)*/
IIC_Ack(0); /*發(fā)送應(yīng)答位*/
DataPointer++;
}
*DataPointer=IIC_Read_Byte(); /*接收數(shù)據(jù)*/
IIC_Ack(1);
IIC_Stop(); /*結(jié)束總線*/
return(1);

3．3 向IIC發(fā)送1字節(jié)函數(shù)

bit Ack_Flag;
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++) /*要傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位*/
{
IIC_SDA=(bit)((Data<<i)&0x80);
/*依次判斷待發(fā)送位高低*/
IIC_Delay();
IIC_SCL=1;
/*置時(shí)鐘線為高，通知E2PROM開始接收數(shù)據(jù)位*/
IIC_Delay();
IIC_SCL=0;
IIC_Delay();
}
IIC_SDA=1;
/*8位數(shù)據(jù)發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備接收應(yīng)答位*/
IIC_Delay();
IIC_SCL=1;
IIC_Delay();
if(IIC_SDA)
Ack_Flag=0; /* E2PROM無應(yīng)答*/ 　　 else
Ack_Flag=1; /*數(shù)據(jù)成功發(fā)送*/
IIC_SCL=0;
IIC_Delay();
return(Ack_Flag); /*返回E2PROM應(yīng)答標(biāo)志*/

3.4 系統(tǒng)仿真

經(jīng)過軟件分析后，即可利用keil c集成開發(fā)環(huán)境uVision2對(duì)用C語言編寫的程序進(jìn)行編譯、調(diào)試，通過JTAG口將編譯好的程序燒寫到單片機(jī)中，完成所需排隊(duì)功能。系統(tǒng)經(jīng)過仿真測(cè)試，得到銀行入口處擺放排隊(duì)機(jī)供儲(chǔ)戶索取排隊(duì)編號(hào)，打印編號(hào);銀行柜臺(tái)內(nèi)工作人員通過按鈕可以實(shí)現(xiàn)叫號(hào);叫號(hào)后在大屏幕顯示上顯示并通過喇叭播放叫號(hào)信息;銀行工作人員可以通過后臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)置。