基于I2C总线的银行排队系统接口设计

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。