一款基于USB串口的I2C在线调试神器-立创商城

半导体

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1、作品简介

I2C总线，是NXP半导体（原PHILIPS）于20多年前发明的一种简单的双向二线制串行通信总线，也叫I2C或IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)。I2C总线是各种总线中使用信号线最少，电路简洁，并具有自动寻址、多主机时钟同步和仲裁等功能的总线。因此，基于I2C接口的各类芯片器件，在实际市场中得到广泛应用。这些芯片例如：

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

※I2C总线8位并行IO口扩展芯片PCF8574/JLC1562；

※I2C接口时钟芯片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接口的温度传感器SHT30/SHT31/TMP101/TMP275/DS1621/MAX6625；

为了评估这些芯片，通常的做法是使用一个单片机或ARM，自行编写I2C驱动代码，然后对这些器件进行读写操作，并把数据结果上传到PC机的方式进行展现。然后，这样的做法较麻烦，因为单片机需要反复的烧录和调试，不是很直观和方便。为此，本人使用来自英国著名公司FTDI的高性能USB转串口芯片FT234XD芯片+NXP公司的UART转I2C总线协议管理器芯片C18IM700制作了这款可在线实时读写I2C总线的调试利器、神器！这款利器具有操作简单（会打字就行）、显示直观地特点，大大提高了测试和评估各类I2C器件的工作效率。下面，请允许本人给大家介绍这款利器的设计过程和使用方法。

2、作品亮点

① 实现通过UART协议读写I2C协议的从器件或者传感器，不用写繁琐的I2C程序咯！

② I2C的底层驱动由原发明人--NXP公司设计和提供，确保了I2C驱动的最佳时序！

③ 采用业界公认的USB接口专家--FTDI公司出品的FT234XD作为USB转串口单元。

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

⑤ 接口信号：SCL、SDA、GND、+5V、+3.3V

⑥ 本方案验证板采用USB BUS总线供电，评估I2C器件，无需额外再提供电源。

⑦ C18IM700的所用IO均引出，包括8个GPIO端口和2个输入按键。

⑧ 本方案验证板一分为二，即可单独用作USB转串口模块，也可以单独用在I2C读写模块。

⑨ 2.3-3.6V供电，支持5V IO口的I2C电气接口。

3、系统构架图

系统解说：本系统有二大部分组成，分别是：基于FT234XD的高性能USB转串口模块部分和基于NXP的SC18IM700 I2C MASTER总线驱动模块部分。

4、原理图

原理图分为多个部分，下面逐个介绍：

第一部分: USB转串口模块部分

备注说明：上图使用的是FTDI官方推荐的应用电路，其中U1是FT234XD 负责实现USB转串口的芯片，C9、C10、R10、R11组成了USB总线的信号匹配和防D+D-短路(过流)的电路，FT234XD内置USB上拉电阻，所以无需额外在增加。U3是USB总线的抗静电保护器件，采用的是美国力特LittelFuse公司出品的SP0503BAHTG,可以根据需要焊接或不焊接。而R1、R2、Q1、C5组成用来一个软启动、VBUS(5V)电源输出的电路，以减轻对外部负载的电流冲击，进而影响到USB通信芯片 FT234XD的稳定性和可靠性。如果不需要这个软启动电路，可以不焊接这些器件，同时用一个零欧姆的电阻跳过该功能。类似地，R18和C14是接到USB连接器的外壳，用于增加外壳的ESD防护能力，可根据需要焊接或不焊接。

第二部分：系统的供电电源部分

备注说明：如上图所示，本方案验证板模块，可对外提供+5V和+3.3V电源，其中 +3.3V电源由LDO芯片采用***Holtek 公司的 HT7233，SOT-89封装，最大可提供300mA的驱动能力，这个基本能覆盖绝大部分的I2C器件的评估需求。

第三部分： I2C总线驱动模块部分

备注说明：如上图所示，I2C总控制器采用NXP的SC18IM700这个芯片，它的RX 和TX引脚分别交叉接到USB转串口芯片的TXD和RXD端口。这样以来，上位机软件（如串口助手之类的）就可以直接控制SC18IM700进行I2C总线的读写操作了。此外，图中的S1轻触开关是用来复位芯片的，如果I2C操作出现异常或者觉得有必要，用户可以按下此开关，进行I2C总线的初始化。而S2是用来唤醒芯片的，当SC18IM700被设置进入SLEEP状态时。

5、材料清单（BOM列表)

以下是这个电子制作的BOM列表，器件全部采购来自立创商城,PCB板的制造在深圳嘉立创完成。除了插件的器件外，SMT也是嘉立创完成滴。

6、PCB实物图

7、软件部分的描述

软件部分，这个应用方案模块，不需要编写任何代码，纯硬件电路实现，正常焊接即可使用。

8、调试过程和应用实例

第一步：准备工作

根据上面的BOM表焊接好PCBA后，如果焊接正常的话，通过MicroUSB数据线将它插入到PC机的USB串口后，接着安装FT234XD的串口驱动程序，随后即可进入工作状态。

第二步：测试PCBA是否焊接正常？

打开USB串口软件（本人用的是SSCOM3.3串口助手），按这个常见的波特率进行设置：(9600,N,8,1, 这个波特率也是SC18IM700的默认波特率，如需修改后面还可以通过相应寄存器进行设置)。接着，将短接帽JP1和JP2接入，即把USB转串口芯片的TX&RX和SC18IM700的串口线TX&RX连接起来；随后，用手去按下S1复位一下SC18IM700芯片。此时，如果在串口助手看到有字符“OK“显示，表示PCBA功能基本正常。

第三步：进一步测试TX和RX的连线是否正常

上一步，只是初步测试了串口RX的接收情况，没有测试TX功能。测试TX功能，可以通过读写SC18IM700内部寄存器的方式进行判断，这些寄存器的地址和复位默认值如下：

测试方法，比如我们要读写SC18IM700的00 和01 号寄存器的上电复位默认值，只需在串口助手软件上，以HEX发送的方式，输入“52 00 01 50”即可，如果硬件和连接一切正常的话，串口助手的接收端(HEX格式接收)会显示“F0 02”。

第四步：应用实例1：点亮或熄灭SC18IM700的GPIO端口上外接的一个LED指示灯。

首先，需要给大家说明的是，所有对I2C 总线控制器 SC18IM700的读写和控制，即在线调试，都是通过USB转串口跟芯片SC18IM700之间的交互完成的。这些交互指令，如下：

SC18IM700本身带有8个GPIO接口，每个GPIO可以设置成四种模式（输入或输出），假设一个LED指示灯接到了GPIO.0 这个PIN上，为了点亮或熄灭这个LED 指示灯，我们首先可直接在串口助手上，发出" 4F 00 50"或者“4F 01 50" 即可。

第四步：应用实例2：读写EEPROM 芯片24C02

为了，读写EEPROM，我们需要根据SC18IM700的以下这个指令格式，进行操作。

具体地，

为了读取16个默认地址的数据，我们只需要在串口助手里输入和发送“53 XX 10 50”。

其中，XX是24C02的I2C地址（最低字节要为1，表示读），10是表明要读16个数据。

为了写入默认地址的8个字节数据，我们只需要在串口助手里输入和发送“53 YY 08 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 50”。其中，YY是24C02的I2C地址（最低字节要为0，表示写），08是表明要写入8个数据。

因篇幅所限，SC18IM的其它功能在此就不在展现，比如为了设置I2C的读写时钟，我们可通过设置SC18IM700内部07和08号的寄存器值，来改变。也可以通过修改SC18IM700内部09号的寄存器值，来设置或禁止I2C总线的读写信号的时间限定值。通过读取SC18IM700内部0A号的寄存器值，来获取I2C总线执行的结果，通过设置00和01号寄存器进行串口波特率速度的调整等等。

9、总结

只使用两个芯片SC18IM700和SC18IM700，我们便制作出了这款可在线实时读写I2C总线的调试利器、神器！使用它，我们只需要在串口助手软件上，直接根据I2C的读写格式，发出相关的操作命令即可对I2C器件进行读写操作，而无需编写任何头疼的I2C代码，也不用反复烧录单片机的调试代码，而是重心放在如何应用I2C器件方面，大大提高了测试和评估各类I2C器件的工作效率！

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