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制作一款基于USB串口的I2C在線調(diào)試神器

2017-03-11 13:56:17閱讀量：18626來源：立創(chuàng)商城

??原文鏈接：http://club.szlcsc.com/article/details_2412_1.html

??經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布，并標(biāo)注原創(chuàng)進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。

??1.作品簡(jiǎn)介

??I2C總線，是NXP半導(dǎo)體（原PHILIPS）于20多年前發(fā)明的一種簡(jiǎn)單的雙向二線制串行通信總線，也叫I2C或IIC（Inter-Integrated Circuit，內(nèi)部集成電路總線）。

??I2C總線是各種總線中使用信號(hào)線最少，電路簡(jiǎn)潔，并具有自動(dòng)尋址、多主機(jī)時(shí)鐘同步和仲裁等功能的總線。因此，基于I2C接口的各類芯片器件，在實(shí)際市場(chǎng)中得到廣泛應(yīng)用。這些芯片例如：

??※24CXX系列的EEPROM，如24LC08、24C01、24C128等等；

??※I2C總線8位并行IO口擴(kuò)展芯片PCF8574/JLC1562；

??※I2C接口時(shí)鐘芯片DS1307/PCF8563/SD2000D/M41T80/ME901/ISL1208/；

??※I2C ADC芯片ADS1110(16bitADC)/ADS1112(16bitADC)/；

??※I2C DAC芯片DAC5574(8bitDAC)/DAC6573(10bitDAC)/DAC8571(16bitDAC)/；

??※I2C接口的溫度傳感器SHT30/SHT31/TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625；

??為了評(píng)估這些芯片，通常的做法是使用一個(gè)單片機(jī)或ARM，自行編寫I2C驅(qū)動(dòng)代碼，然后對(duì)這些器件進(jìn)行讀寫操作，并把數(shù)據(jù)結(jié)果上傳到PC機(jī)的方式進(jìn)行展現(xiàn)。

??然而，這樣的做法較麻煩，因?yàn)閱纹瑱C(jī)需要反復(fù)的燒錄和調(diào)試，不是很直觀和方便。為此，本人使用來自英國(guó)著名公司FTDI的高性能USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T234XD芯片+NXP公司的UART轉(zhuǎn)I2C總線協(xié)議管理器芯片C18IM700制作了這款可在線實(shí)時(shí)讀寫I2C總線的調(diào)試?yán)?、神?/strong>！這款利器具有操作簡(jiǎn)單（會(huì)打字就行）、顯示直觀地特點(diǎn)，大大提高了測(cè)試和評(píng)估各類I2C器件的工作效率。下面，請(qǐng)?jiān)试S本人給大家介紹這款利器的設(shè)計(jì)過程和使用方法。

??2.作品亮點(diǎn)

??①實(shí)現(xiàn)通過UART協(xié)議讀寫I2C協(xié)議的從器件或者傳感器，不用寫繁瑣的I2C程序咯！

??② I2C的底層驅(qū)動(dòng)由原發(fā)明人--NXP公司設(shè)計(jì)和提供，確保了I2C驅(qū)動(dòng)的最佳時(shí)序！

??③采用業(yè)界公認(rèn)的USB接口專家--FTDI公司出品的FT234XD作為USB轉(zhuǎn)串口單元。

??④可高速通信，C18IM700的UART支持到460K，I2C支持到400K。

??⑤接口信號(hào)：SCL、SDA、GND、+5V、+3.3V。

??⑥本方案驗(yàn)證板采用USB BUS總線供電，評(píng)估I2C器件，無需額外再提供電源。

??⑦C18IM700的所用IO均引出，包括8個(gè)GPIO端口和2個(gè)輸入按鍵。

??⑧本方案驗(yàn)證板一分為二，即可單獨(dú)用作USB轉(zhuǎn)串口模塊，也可以單獨(dú)用在I2C讀寫模塊。

??⑨2.3-3.6V供電，支持5V IO口的I2C電氣接口。

??3.系統(tǒng)構(gòu)架圖

??

??系統(tǒng)解說： 本系統(tǒng)有二大部分組成，分別是：基于FT234XD的高性能USB轉(zhuǎn)串口模塊部分和基于NXP的SC18IM700 I2C MASTER總線驅(qū)動(dòng)模塊部分。

??4.原理圖

??原理圖分為多個(gè)部分，下面逐個(gè)介紹：

??第一部分: USB轉(zhuǎn)串口模塊部分

??備注說明：上圖使用的是FTDI官方推薦的應(yīng)用電路，其中U1是FT234XD 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口的芯片，C9、C10、R10、R11組成了USB總線的信號(hào)匹配和防D+D-短路(過流)的電路，F(xiàn)T234XD內(nèi)置USB上拉電阻，所以無需額外在增加。U3是USB總線的抗靜電保護(hù)器件，采用的是美國(guó)力特LittelFuse公司出品的SP0503BAHTG，可以根據(jù)需要焊接或不焊接。

??而R1、R2、Q1、C5組成用來一個(gè)軟啟動(dòng)、VBUS(5V)電源輸出的電路，以減輕對(duì)外部負(fù)載的電流沖擊，進(jìn)而影響到USB通信芯片 FT234XD的穩(wěn)定性和可靠性。如果不需要這個(gè)軟啟動(dòng)電路，可以不焊接這些器件，同時(shí)用一個(gè)零歐姆的電阻跳過該功能。類似地，R18和C14是接到USB連接器的外殼，用于增加外殼的ESD防護(hù)能力，可根據(jù)需要焊接或不焊接。

??第二部分：系統(tǒng)的供電電源部分

??

??備注說明：如上圖所示，本方案驗(yàn)證板模塊，可對(duì)外提供+5V和+3.3V電源，其中 +3.3V電源由LDO芯片采用臺(tái)灣Holtek 公司的 HT7233，SOT-89封裝，最大可提供300mA的驅(qū)動(dòng)能力，這個(gè)基本能覆蓋絕大部分的I2C器件的評(píng)估需求。

??第三部分：I2C總線驅(qū)動(dòng)模塊部分

??備注說明：如上圖所示，I2C總控制器采用NXP的SC18IM700這個(gè)芯片，它的RX 和TX引腳分別交叉接到USB轉(zhuǎn)串口芯片的TXD和RXD端口。這樣以來，上位機(jī)軟件（如串口助手之類的）就可以直接控制SC18IM700進(jìn)行I2C總線的讀寫操作了。

??此外，圖中的S1輕觸開關(guān)是用來復(fù)位芯片的，如果I2C操作出現(xiàn)異?；蛘哂X得有必要，用戶可以按下此開關(guān)，進(jìn)行I2C總線的初始化。

??而S2是用來喚醒芯片的，當(dāng)SC18IM700被設(shè)置進(jìn)入SLEEP狀態(tài)時(shí)。

??5.材料清單（BOM列表）

??以下是這個(gè)電子制作的BOM列表，器件全部采購(gòu)來自立創(chuàng)商城（http://www.17719.cn）,PCB板的制造在深圳嘉立創(chuàng)完成。除了插件的器件外，SMT也是嘉立創(chuàng)完成滴。

??6.軟件部分的描述

??軟件部分，這個(gè)應(yīng)用方案模塊，不需要編寫任何代碼，純硬件電路實(shí)現(xiàn)，正常焊接即可使用。

??7.PCB實(shí)物圖

??8.調(diào)試過程和應(yīng)用實(shí)例

??第一步：準(zhǔn)備工作

??根據(jù)上面的BOM表焊接好PCBA后，如果焊接正常的話，通過MicroUSB數(shù)據(jù)線將它插入到PC機(jī)的USB串口后，接著安裝FT234XD的串口驅(qū)動(dòng)程序，隨后即可進(jìn)入工作狀態(tài)。

??第二步：測(cè)試PCBA是否焊接正常

??打開USB串口軟件（本人用的是SSCOM3.3串口助手），按這個(gè)常見的波特率進(jìn)行設(shè)置：（9600,N,8,1, 這個(gè)波特率也是SC18IM700的默認(rèn)波特率，如需修改后面還可以通過相應(yīng)寄存器進(jìn)行設(shè)置）。接著，將短接帽JP1和JP2接入，即把USB轉(zhuǎn)串口芯片的TX&RX和SC18IM700的串口線TX&RX連接起來；隨后，用手去按下S1復(fù)位一下SC18IM700芯片。此時(shí)，如果在串口助手看到有字符“OK“顯示，表示PCBA功能基本正常。

??第三步：進(jìn)一步測(cè)試TX和RX的連線是否正常

??上一步，只是初步測(cè)試了串口RX的接收情況，沒有測(cè)試TX功能。測(cè)試TX功能，可以通過讀寫SC18IM700內(nèi)部寄存器的方式進(jìn)行判斷，這些寄存器的地址和復(fù)位默認(rèn)值如下：

??測(cè)試方法，比如我們要讀寫SC18IM700的00 和01 號(hào)寄存器的上電復(fù)位默認(rèn)值，只需在串口助手軟件上，以HEX發(fā)送的方式，輸入“52 00 01 50”即可，如果硬件和連接一切正常的話，串口助手的接收端(HEX格式接收)會(huì)顯示“F0 02 ”。

??第四步：應(yīng)用實(shí)例1：點(diǎn)亮或熄滅SC18IM700的GPIO端口上外接的一個(gè)LED指示燈。

??首先，需要給大家說明的是，所有對(duì)I2C 總線控制器 SC18IM700的讀寫和控制，即在線調(diào)試，都是通過USB轉(zhuǎn)串口跟芯片SC18IM700之間的交互完成的。這些交互指令，如下：

??

??SC18IM700本身帶有8個(gè)GPIO接口，每個(gè)GPIO可以設(shè)置成四種模式（輸入或輸出），假設(shè)一個(gè)LED指示燈接到了GPIO.0 這個(gè)PIN上，為了點(diǎn)亮或熄滅這個(gè)LED 指示燈，我們首先可直接在串口助手上，發(fā)出“4F00 50”或者“4F 01 50”即可。

??第四步：應(yīng)用實(shí)例2：讀寫EEPROM 芯片24C02

??為了讀寫EEPROM，我們需要根據(jù)SC18IM700的以下這個(gè)指令格式，進(jìn)行操作。

??具體地，為了讀取16個(gè)默認(rèn)地址的數(shù)據(jù)，我們只需要在串口助手里輸入和發(fā)送“53 XX 10 50”。

??其中，XX是24C02的I2C地址（最低字節(jié)要為1，表示讀），10是表明要讀16個(gè)數(shù)據(jù)。

??

??為了寫入默認(rèn)地址的8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，我們只需要在串口助手里輸入和發(fā)送“53 YY 08 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 50”。其中，YY是24C02的I2C地址（最低字節(jié)要為0，表示寫），08是表明要寫入8個(gè)數(shù)據(jù)。

??因篇幅所限，SC18IM的其它功能在此就不在展現(xiàn)，比如為了設(shè)置I2C的讀寫時(shí)鐘，我們可通過設(shè)置SC18IM700內(nèi)部07和08號(hào)的寄存器值，來改變。也可以通過修改SC18IM700內(nèi)部09號(hào)的寄存器值，來設(shè)置或禁止I2C總線的讀寫信號(hào)的時(shí)間限定值。通過讀取SC18IM700內(nèi)部0A號(hào)的寄存器值，來獲取I2C總線執(zhí)行的結(jié)果，通過設(shè)置00和01號(hào)寄存器進(jìn)行串口波特率速度的調(diào)整等等。

??9.總結(jié)

??只使用兩個(gè)芯片SC18IM700和SC18IM700，我們便制作出了這款可在線實(shí)時(shí)讀寫I2C總線的調(diào)試?yán)?、神器！使用它，我們只需要在串口助手軟件上，直接根?jù)I2C的讀寫格式發(fā)出相關(guān)的操作命令即可對(duì)I2C器件進(jìn)行讀寫操作，而無需編寫任何頭疼的I2C代碼，也不用反復(fù)燒錄單片機(jī)的調(diào)試代碼，而是重心放在如何應(yīng)用I2C器件方面，大大提高了測(cè)試和評(píng)估各類I2C器件的工作效率！

??此作品以方案驗(yàn)證板的形式出現(xiàn)，并得到了立創(chuàng)商城的贊助，在此表示非常感謝！順此，授權(quán)立創(chuàng)商城對(duì)本作品進(jìn)行宣傳和開源！