基于单片机的I2C总线系统设计与开发介绍

I2C总线在如今比较流行的串行扩展总线中，以其严格的规范和众多支持I2C接VI的外围器件而获得了广泛的应用。它适合于较复杂单片机应用系统中元件与芯片之间的短距离通信，主要应用于板级的IC通信。本文介绍了基于单片机的I2C总线系统设计过程，其中包括了硬件和软件的设计。

1.I2C总线介绍

I2C(inter—integrated circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要应用于板级的IC通信需要，即主要被用作硬件系统中的电路板上各个IC芯片的相互通信的线路，I2C总线在系统设计中十分常见。

I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以l0kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。

2.I2C总线硬件接口设计

在进行I2C总线硬件接口设计时使用的是Philips公司生产的P89C66X系列单片机，其片内的I2C总线逻辑提供了符合I2C总线规范的串口，它们具有性能稳定、速度快、使用方便等优点。

2.1单片机I2C总线接口引脚设计

P89C66X系列单片机有44引脚的LQFP封装和PLCC封装，其中P1.6/SCL和P1.7/SDA分别为I2C总线的时钟信号线和数据信号线，由于芯片内部都采用了漏极开路工艺，所以当把这两个引脚作为I2C总线的接口使用时，需要外接上拉电阻，如图1所示。

图1 P89C66X的I2C总线接口引脚

2.2单片机I2C总线相关寄存器

P89C66X系列单片机内部与I2C总线相关的寄存器共有4个，其功能列于表1，通过对这4个寄存器的编程实现I2C总线的功能。

表1 I2C总线寄存器

2.3设计要点

在硬件系统中应用I2C总线进行连接控制，可以有效的减少单片机I/O端口资源的占用，这在单片机应用中是十分重要的，这也是I2C总线得以广泛应用的主要原因。此外，I2C总线在设计思想上也是十分突出的，其模块化的设计思想符合硬件系统设计的潮流。应用I2C总线进行设计，可以将整个硬件系统分为不同的功能模块，每个功能模块分别设计，不会受到其它模块的影响，设计完成后，使用统一的I2C总线接口连入系统，这样的系统各个部分不会相互干扰，每一个模块只与自身电路相关，大大简化了设计和调试的过程，也提高了通用设备的复用率。

3.I2C总线接口软件设计

针对P89C66X系列单片机的I2C总线进行软件程序设计，首先要了解I2C总线的26个状态，其次要根据应用中要求的模式来设定各个寄存器，最后编写出完整的应用程序。下面是P89C66X系列单片机的I2C总线以主模式工作的软件设计方法。

3.1向无子地址器件发送字节数据

当单片机在主模式下向从器件发送字节数据时，首先，单片机要申请总线，在得到总线的控制权后，发送器件的7bit地址编码，这时判断状态寄存器SlSTA的值是否为0x18(0xl8代表的状态为主器件已经发送SLA+W，并且收到应答)，如果不是0x18，则表示发送发生错误;如果是0x18，则继续发送数据字节。然后判断S1STA的值是否为0x28(0x28代表的状态是主器件已经发送数据寄存器SIDAT中的数据，并受到应答)，如果是0x28，则表示发送数据成功，此时要将控制寄存器SICON的SI复位，结束此次传送。

3.2从无子地址器件读字节数据

当单片机在主模式下向从器件读字节数据时，单片机在申请到总线后发送从器件地址，随后检测总线状态，如果S1STA寄存器的值为0x40(0x40代表的状态为主器件已经发送SLA+R，并且收到应答)，表明地址发送成功，程序准备接收数据字节，否则表示发送发生错误。程序在接收字节后判断SISTA的值是否为Ox58(0x58代表的状态是主器件已经收到数据字节，并返回应答)，如果是0x58，则表示发送数据成功，此时要将控制寄存器SICON的SI复位，结束此次传送。

3.3向有子地址器件发送和接收字节数据

在I2C总线器件中，每个器件除了拥有其自身的从地址外，部分器件还可以具有子地址。在对子地址指向的空间通信时，主器件需要依次发送从地址和子地址才可以正常寻址。其实现过程与前面发送和接收字节的过程基本相同，只是要注意发送器件从地址后，还要发送一个子地址信息才可以继续发送或者接收数据。其编程流程如图2所示。

图2 有子地址器件发送和接收数据流程图

总结

以上就是基于单片机的I2C总线系统设计与开发介绍了。在进行I2C总线的设计与开发时，需要首先将整体系统的功能进行划分，对各个不同的功能部分进行独立的设计，最后使用12C总线接口将整个系统连接到一起。值得注意的是，在设计的过程中，每完成一个功能模块的设计，就应该进行调试，直到完全达到设计的要求，再开始下一个模块的设计，这样所有模块设计完成后，可以直接连入系统进行最后的整合工作，如此整个调试过程中出现的任何问题都可以直接找到对应的部分，降低系统调试的难度。

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