基于C语言的I2C总线软件模块设计

分享到:

 1 I2C总线概述

  I2C(Intel-Integrated Circuit)总线是荷兰的Philips公司于八十年代初推出的一种芯片间串行总线扩展技术。它用两根线(数据线SDA、时钟线SCL)可完成总线上主机与器件的全双工同步数据传送,可极方便地构成多主机系统和外围器件扩展系统。I2C总线支持所有NMOS、CMOS、TTL等工艺制造的器件,其上所有的节点都连到同名的SDA、SCL上。I2C总方法,数据传送都有相同的操作模式,接口电器特性相同且独立,可在系统供电情况下从系统中移去或增加IC芯片,有I2C接口的外围器件都有应答能力,读写片内单元时有地址自动加1功能,易实现多个字节的自动操作。近年来,国际上有关公司制造了多达几百种的I2C总线器件,如8051系列单片机8XC752、LCD驱动器、RAM、I/O接口等芯片都使用了I2C总线接口。随着数字技术的发展,I2C总线控制系统已经应用于越来越多的电子产品。

2 I2C总线的数据传输

2.1 接口特性

I2C总线接口的数据线SDA和时钟线SCL必须经过上拉电阻接到正电源VDD上,各个I2C接口电路输出端必须是漏极开路或集电极开路,以便完成“线与”的功能。I2C的SDA和SCL都是双向传输线,当总线空闲时,此两线都是“1”(高电平)。由于不同的器件都会接到I2C总线,逻辑的“0”(低)及“1”(高)的信号电平取决于VDD的电压。总线上能连接的最大器件数取决于其电容容限400PF。

2.2 I2C总线上的传输时序

I2C总线上每传输一位数据都有一个时钟脉冲相对应,在标准模式下可达100 kbit/s,高速模式下可达400kbit/s,总线上依据器件功能不同可建立简单的主/从关系(master/slave),只有带CPU的器件才可成主控器。图1为I2C总线一次完整的数据传输。SCL为高期间,SDA状态必须稳定,SCL为低时才允许SDA状态变化。SCL保持高电平期间,SDA出现由高至低的转换将启动I2C总线,出现由低至高的转换将停止数据传输。起始和终止信号通常由主控器产生。I2C总线的信号时序有严格规定,本应用采用标准模式,SCL低电平周期≥4.7μs,SCL高电平周期≥4.0μs,START和STOP之间的总线空闲时间≥4.7μs。

I2C 总线上传送的每个字节必须为8位,启动和停止之间可传输的数据字节数不受限制。采用串行传送,首先传送最高位,每传送一个字节后必须跟一个应答位。主控器产生应答所需的时钟脉冲期间,发送器必须释放数据线(SDA为高),以便接收器输出应答位。低电平为应答信号,高电平为非应答信号。非应答信号是当主控器作为接收器时,收到最后一个字节数据后,必须发送一个非应答信号给被控发送器,使被控发送器释放数据线,以便主控器发停止信号,终止数据传送。当从器件不能再接收字节时也会出现非应答
信号这种情况。

I2C总线上的器件一般有两个地址:受控地址和通用广播访问地址,每个器件有唯一的受控地址用于定点通信,而相同的通用广播访问地址则用于主控方同时对所有器件进行访问。如图1所示,起始信号后主控器发送的第一个字节就是被读器件的受控地址,称作寻址字节。寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成,方向位为“0”表明主控器对被控器的写操作(W),方向位为 “1”表明对被控器的读操作(R)。总线上每个器件在起始信号后都把自己的地址与寻址字节的前7位相比较,如相同则器件被选中,产生应答,并根据读写位决定在数据传送中是接收还是发送。无论是主发、主收还是从发、从收,都是由主器件控制,数据传送完后,主控器都必须发停止信号。

3 I2C总线的C51语言实现

  C51语言是针对Intel的8位单片机MCS-51系列而开发的、具有一般C语言特点的高级编程语言。从1985年至今,有许多公司推出 51系列的C语言编译器,其中以Franklin C51编译器在代码生成方面较为领先,它可生成最少的代码,支持浮点和长整数、重入和递归。头文件reg51.h中包含了51单片机的特殊功能寄存器(SFR)的字节定义与位定义。为了与具有I2C总线接口的51单片机兼容,可在程序开始处定义单片机的P1.6和P1.7作为I2C总线的SCL和SDA信号,实际中也可用其它的I/O引脚作为SCL和SDA信号。C51语言中只要用赋值语句”=”就可实现I/O口某位的数据输出和读入。现将I2C总线底层读写函数接口及功能列举如下,它可用于没有内部I2C接口的51系列单片机与I2C总线器件通信。
#include<reg51.h>

/*全局符号定义*/

#define HIGH1

#define LOW 0

#define FALSE0

#define TRUE1

#define time 1
#define uchar unsigned char  

#define uint unsigned int

sbit SCL=P1^6;

sbie SDA=P1^7;

1)函数原型:void delay(uchar nu m) 
功  能:用for()循环提供延时。在实际应用中可依具体情况改变传入参数,但必须满足I2C总线时序中对SCL高、低电平周期的要求,本应用中取1,调用形式为delay(time)。

2)函数原型:void start(void) 
功  能:提供I2C总线工作时序中的起始位,在SCL=HIGH期间,SDA出现由高到底的转变,返回前将SCL拉低,允许数据变化,准备传输。其中调用函数1。

3)函数原型:void stop(void) 
功  能:函数提供I2C总线工作时序中的起始位,在SCL=HIGH期间,SDA出现由低到高的转变。其中调用函数1。

4)函数原型:void sendbyte(uchar b,uchar*error) 
功  能:在时钟作用下,将入口参数b中8位数据由高至低通过SDA线发送,并读回应答信号,存于指针变量*error中。其中调用函数1、2、3。

5)函数原型:void readbyte(uchar*b,bit Ack) 
功  能:函数在时钟作用下接收8位数据,存于*b中,先接收的为高位,并发送应答信号(Ack=0),当接收到最后一字节时发送非应答(Ack=1)。其中调用函数1、2、3。

6)函数原型:void send-n-byte(uchar*info,uint n,uchar address,uchar*fault)  功  能:向I2C器件连续发送n个数据字节,数据存于数组info[]中,address为器件受控地址,末位为0(写),n个数据的地址可作为数据字节发送,或设置地址自动加减功能。*fault存收到的应答位。其中调用函数1-4。

7)函数原型:void receive_n_byte(uchar*info,uint n,uchar address,uchar*fault) 
功  能:从I2 C器件连续接收n个字节的数据,存于数组info[]中,address为器件地址,本函数保证器件地址末位是1(读),n个数据的器件内地址可作为数据字节发送,或设置地址自动加减功能。收最后一字节时发非应答信号1。*fault存收到的应答位。其中调用函数1-5。

以下仅以sendbyte()函数原型为例说明C51如何具体实现I2C总线的发送:
void sendbyte(uchar b,uchar*error)

{int count;
bit data_bit;

*error=0;
for(count=7;count>=0;count--)

{data_bit=(bit)(b&0x80);
b=b<<1;
/*送数据位,产生时钟脉冲*/

SDA=data_bit;
SCL=LOW;delay(time);

SCL=HIGH;delay(time);

SCL=LOW;delay(time);

/*释放数据线,产生时钟脉冲,读回应答*/

SDA=HIGH;

SCL=LOW;delay(time);

SCL=HIGH;delay(time);

*error=(uchar)SDA;
/*释放数据线,时钟置低*/

SDA=HIGH;
SCL=LOW;delay(time);}

4 I2C总线用于HDTV数字地面接收机

  数字高清晰度电视HDTV(High Definition Televi-sion)是继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视系统,与目前市场上的电视相比,其水平和垂直两个方向的图像质量(分辨率)提高一倍以上,在使用大屏幕显示器或近距离观看时其图像细腻逼真,无闪烁感和粗糙感,质量与35mm电影相当,再配以数字环绕音响,使收视效果大幅度提高。HDTV 节目全部采用数字方式制作、发送和接收,使图像质量接近演播室。同时,数字电视系统还能够提供多种业务,实现交互、数据广播和计算机联网等功能。美国于 1998年11月率先正式开播数字HDTV信号。我国从1996年启动国家重大产业工程项目HDTV功能样机系统研究开发工程,已成功在50周年国庆时进行了数字电视试播。

  本HDTV数字地面接收系统以欧洲的DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial)为标准,完成信道解调解码,输出标准的MPEG-2码流,由于采用了COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multi-plexing)编码正交频分复用技术,能有效对抗多经传播和同频干扰。本接收机的主要特点是采用带有I2C总线接口的L64系列芯片,AT89C52通过I2C总线完成对L64芯片内寄存器的读写操作和监控,与PC配合实现基于参数配置、模式转换、状态读取的调试功能。结构简单,调试方便。信道解调解码的硬件基本组成如图2(未画出上拉电阻)。

美国LSILogic公司的L64系列是专用的以DVB为标准的解调解码芯片,该系列内部模块化,接口标准化,且带有I2C 总线接口,连接简单。L64系列功能完善,L64780、L64724、L64768单独使用即可分别完成DVB标准的地面、卫星、有线电视信号解调的全部过程。目前,L64系列可配合使用。如图2,信道出来的信号先经过调谐器变为中频信号,送入L64780完成主要的OFDM解调,其输出经 L64724Viterbi译码,L64768RS译码,完成前向纠错,输出标准的MPEG-2码流。下面仅以L64768为例介绍读写某一寄存器的 C51函数原型及
主要功能:

定义768的受控地址:#define LSI0xfe函数原型:uchar general_call(void)
功  能:general_call()函数调用send_n_byte()函数,发特殊寻址字节0x00和0x06,若应答为零返回0,否则重复上一操作,若发5次后仍无应答返回1。在主程序初始化化时调此函数,主程序根据返回。
函数原型:uchar 768_fec_rd(uint group,uint addr,uint*data)

功  能:768_fec_rd()函数调用send_n_byte()和receive_n_byte(),从FEC寄存器读出一字节数据存于指针变量*data中,group为组号,输入的组号要翻译成相应的组地址group_addr,addr为FEC寄存器地址,LSI作为每次起始信号后的寻址字节。依据768的传输时序,先发addr的低字节,再发送addr的高字节,然后发group_addr,即可读出相应寄存器中的数据。组号出错返回1;收到非应答信号返回0;读正确返回2。主程序根据返回值,做相应操作。

5 结束语

  随着广播电视技术迅速走向数字时代,HDTV在今后五年逐步在世界范围走向市场成为可能。I2C总线技术应用于HDTV数字地面接收机中,用8位单片机对接收机的状态进行控制,不仅减少了总线数量,提高了可靠性,而且还较大降低了成本。在实际使用时,可加上键盘、显示电路及相应程序,或用PC通过RS232口与单片机通信,进行调试。本应用已用于我国HDTV功能样机系统研究开发工程。

继续阅读
基于C语言的I2C总线软件模块设计

本文介绍了I2C总线的概念、接口特性和传输时序,提出了一种用51系列单片机的C语言(C51)模拟I2C总线数据传输的软件方法,并给出了在数字高清晰度电视地面接收机中的应用。

I2C总线及EEPROM的Linux驱动程序的设计

由于I2C总线的特性,Linux的I2C总线设备驱动程序的设计者在设计驱动程序时采用了独特的体系结构。使开发I2C总线设备驱动程序与开发一般设备驱动程序的方法具有很大差别。因此,开发I2C总线设备驱动程序除了要涉及一般Linux内核驱动程序的知识外。还要对I2C总线驱动的体系结构有深入的了解。笔者在开发过程中使用设备型号为AT24C01A的EEPROM 来测试I2C总线驱动。

©2019 Microchip Corporation
facebook google plus twitter linkedin youku weibo rss