[本科毕业设计] 应用于家庭音响系统的全数字化音频功率放大器

摘要

随着数字音源与数字音频技术的迅速发展，直接对数字音频信号进行功率放大而不需要进行模拟转换(DAC)的数字音频放大器得到了迅速发展，但是在普通的家用音频功率放大器领域却尚未普及数字化，本设计的目的是将全数字化音频功率放大器应用到家庭音响系统中。在众多的全数字功放实现方案中，本系统选用了效果很好的DDX方案，该方案采用DDX信号处理芯片DDX-8001来实现将数字音频的PCM信号转换为数字放大用的DDX（PWM）信号，并用该信号来控制高效的功率器件，不需要为每个声道准备D/A转换器，从而减少了中间不必要的转换层级，音质得到显着的改善，成本也随着零部件数目的减少而下降。本系统完美地实现了从SPDIF格式数字信号输入到声音输出过程中的全数字化处理，达到了高音质、低功耗的效果，实现了全数字家用功放的各种功能，具有较高性能价格比，完全可以适用于普通家庭，具有广阔的应用前景。

关键词数字家庭；数字音频功放；SPDIF信号传输；音频ADC

Abstract

As digital audio and digital audio technology is developing rapidly, the technology of directly amplify the digital audio signal without the DAC is developing very fast, but in the general area of home audio power amplifier is not yet universal digital , The design will take home the all-digital audio power amplifier of the goal. The all-digital amplifier have many solutions, in this case, selected the good effect one，the DDX solution. This solution using the patented DDX signal processing chips DDX-8001 to achieve the PCM digital audio signals convert into the DDX (PWM) signal, and use this signal to control the highly efficient power devices, no need to D/A convert for each channel, thereby reducing the unnecessary middle-level conversion, the sound quality improved significantly, as the number of parts and components reduce the cost drop. The system achieved a high performance when the input is the SPDIF format digital signal , It can achieve a high-quality, low-power all-digital home amplification. So the all-digital home audio power amplifier is an entirely feasible and has a high market value of new products. Moreover, almost all of today's CD/DVD player has SPDIF coaxial or optical digital audio output, signal source not be a problem. This all-digital home audio power amplifier will become the new standard in this area in the near future.

Key words Digital home Digital audio amplifier SPDIF Audio ADC

目录

摘要....................................................................................................................I Abstract...............................................................................................................II 第1章绪论 (1)

1.1 数字功放的研究意义 (1)

1.2 数字功放的研究开发背景 (1)

1.3 国内外现状及发展状态 (1)

1.4本章小结 (2)

第2章系统概述 (3)

2.1 数字功放的设计与选择 (3)

2.2 系统的介绍 (4)

2.3 系统框图 (4)

2.4 系统的功能及特色 (4)

2.5本章小结 (5)

第3章硬件设计 (6)

3.1 数字音频接收设计 (6)

3.1.1芯片概述 (6)

3.1.2配置选择 (6)

3.2 音频ADC的设计 (7)

3.2.1 芯片概述 (7)

3.2.2 ADC配置的选择 (8)

3.3 数字音频数据切换 (10)

3.4 系统的整体控制的设计 (10)

3.4.1控制系统概述 (10)

3.4.2旋转编码器和按键连接电路 (11)

3.4.3背光控制电路 (11)

3.5 电源部分的设计 (12)

3.6 PCB的设计 (13)

3.7本章小结 (14)

第4章软件设计 (15)

4.1 系统程序结构概述 (15)

4.2 对I2C总线的读写及对DDX-8001的控制 (15)

4.2.1 I2C总线基本原理 (15)

4.2.2 DDX-8001的读写操作 (16)

4.3 NEC代码的遥控解码 (17)

4.3.1 NEC格式遥控代码的介绍 (17)

4.3.2 NEC代码遥控解码的编程 (18)

4.4 LCM12864的读写 (21)

4.5 旋转编码器和按键的检测 (22)

4.6 按键的长短检测 (23)

4.7 EEPROM的读写 (24)

4.8 系统桌面显示 (25)

4.9 菜单显示及操作 (25)

4.10 显示背光的控制 (27)

4.11本章小结 (28)

第5章安装调试 (29)

5.1 电源的调试 (29)

5.2 数字接收的调试 (29)

5.3 ADC模块的调试 (29)

5.4 遥控的调试 (29)

5.5本章小结 (30)

结论 (31)

参考文献 (32)

致谢 (33)

附录..................................................................................错误！未定义书签。

第1章绪论

1.1数字功放的研究意义

地球的能源正在日益衰竭，节约能源已刻不容缓。因此，时代要求我们在设计电子产品时应尽量的提高电源利用率，数字功放具有很高的电源利用率，达到90%以上，比现在流行的乙类功放高出一倍，同时，现代社会中，数字技术飞速发展，相当多的技术正在向数字化发展，数字化可以使音频在传输的过程的损耗达到忽略不计的程度，使音频的还原更接近原声，可以获得更好的回放效果。数字功放所使用的SPDIF格式的数字音频信号在现在绝大多数的CD/DVD上都可以找到，它在连接中，无论是双声道还是多声道，都只需一根同轴线或光纤线即可，连接更简单、更可靠。

综上所述，数字功放效率高、音质好、使用简单，十分适合未来社会的需求，因此，具有相当好的市场前景和研究开发意义。

1.2数字功放的研究开发背景

随着数字音源与数字音频技术的迅速发展，直接对数字音频信号进行功率放大而不需要进行模拟转换(DAC)的数字音频放大器得到了迅速发展，它具有效率很高并且能与数字音源直接对接，实现端到端的纯数字音频处理和放大等优点[1]。

1.3国内外现状及发展状态

数字功放其实早在几年前就已经面世，然而受限于当时的技术不成熟、配套产品不齐全，而且价格昂贵，故此在市场上沉寂了好长一段时间。直至近几年，Sony、Sharp、Onkyo、TacTAudio等音响品牌都在着手开发，数字功放机才能重见天日，同时好几家芯片公司，如TI、STMicroelectronic、PHILIPS、ADI、APOGEE等也加入了数字功放的研究和开发，使得如今的数字功放达到了一个前所未有的境界，能够在重放出很高品质的声音的同时实现近90％的电源利用率。如今的数字功放已经成为一个相当热门课题。

数字功放大致来说可以分为两种[2]，一种是TI、STMicroelectronic等公司采用的PWM

△调制方式。其中PWM调制方式调制方式，另一种就是Sharp、Crystal等公司所采用的∑

是当前的主流，它是直接将PCM信号经DSP数字信号处理芯片转换成PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）信号。PWM数字信号以1或0来代表振幅的强度，这些振幅按水平排列。当音量越大，1就越多，即密度越高；相反就是零。这些PWM数字信号通过LSI（大型集成电路）去除超高频后，便输出到音箱喇叭，驱动喇叭单元向前或向后振动，从而发出声音。∑

△调制也称为脉冲密度调制（PDM），这种方式是将高比特低采样频率的PCM信号转化为高采样的1比特信号或直接输入SACD播放机产生的1比特信号，然后送至高速开关电路，以生成驱动扬声器放音的声音信号。数字功放是按照全数字方式

处理的，因而少了一个转换步骤，使失真现象减少。同时数字功放机的连接非常方便，只要一条信号线（光纤或同轴线）就能连接。

1.4本章小结

本章概述了数字功放的特点，研究开发的意义，课题产生的一些背景和国内外的发展现状。从多个角度说明了数字功放作为当前相当热门的课题所具有的先进性和很高的市场价值。数字功放必定成为未来音频功放系统的发展方向，它将取代现有的模拟功放，成为功率放大器的主流。

第2章系统概述

2.1数字功放的设计与选择

在研究本系统的过程中，对APOGEE的方案和TI的方案作了比较，包括两个方案的控制芯片（DDX-8001、TAS5086）和功率芯片（DDX-2100、TAS5142）。

DDX音频放大器包括2个主要部分：第一部分是采用DDX技术的调制器，它把数字音频接口得到的或者A/D转换得到的PCM数字音频数据转换成三态调制信号输出；第二部分是功率输出级，它包括三态驱动逻辑电路和全桥电路。经过三态调制的脉冲信号控制全桥电路中晶体管的导通与截止，在负载的两端产生极性相反的脉冲信号，脉冲的频率成份包含还原的音频信号和与调制过程相关的高频分量，因此通常需要在输出级和扬声器之间插入一个低通滤波器，避免高频分量直接驱动扬声器，从而在扬声器上得到还原并且放大的音频输出。DDX音频放大器的调制器采用DDX专利的三态调制技术，增加了一个共模工作状态，即两个半桥输出的极性相同(都为低)，从而使滤波器的两端被连接到地。这个共模状态称为阴尼态，和差分工作状态配合产生DDX三态调制。阴尼态用于表示低功率水平，代替两态方案中在正态和负态之间的开关。当音频信号处于低功率水平的时候，传统的两态方案仍然使输出晶体管处于开关状态，输出正负抵消的无用信号给滤波器和扬声器，这样不但增加了的开关损耗和能量开销，降低了音频放大器的效率和信噪比，而且不断地处于开关状态不可避免地产生EMI。DDX三态调制方案利用阴尼态表示低功率水平，正态和负态用于对扬声器提供大功率。在相同测试条件下，DDX三态调制方案比采用两态调制方案的传统D类放大器产生的高频载波分量低16dB，在低功率水平时的放大器效率提高了20%。DDX三态调制方案的独有特性也改善了电源抑制比(PSRR)，因为在低功率水平时，滤波器的差分动作非常小，阴尼态使扬声器的两端接地，从而使电源的噪声不被听见。

许多D类放大器采用PWM输出至器件输入的负反馈环路以改善器件的线性，通过控制环路对输出进行校正，以减少失真问题和电源问题。闭环设计的优势是以可能出现的稳定性问题为代价的，这也是所有反馈系统共同面临的问题。而DDX音频放大器采用数字开环的设计，即使在驱动低阻抗扬声器的时候也不会产生放大器的稳定性问题。同时，利用先进的数字信号处理技术(DSP)，对预期的输出级误差进行预补偿或者校正，也可以改善放大器的线性输出特性。并且可以在数字域对每个通道音频信号独立地编程，进行诸如分段EQ控制，低音/高音控制和音量控制等处理，而这些都可以通过I2C数字接口对内部寄存器进行编程来实现，不仅方便了用户的开发和使用，而且为用户增加了附加价值。

TI公司的真正数字功放（TDAA）由TAS5086 PCM-PWM调制器和TAS5142数字功放组成。该系统接受串行PCM数字音频流并变换成3.3V PWM音频流，然后放大成大

信号PWM，再经解调后驱动扬声器。TAS5086是基于Equibit技术创新的、高性能、经济实用的24位立体声PCM-PWM调制器。该器件有多种串行输入格式选择：包括左对齐、右对齐、IIS或DSP数据格式，并与AES标准取样速率完全兼容，还可提供去加重功能。5010内部还有一个数字内插滤波器，将音频数据以2倍、4倍或8倍（取决于取样速率）上取样至352.8KHz或384KHz，这个速率就是TDAA内部取样速率。Equibit调制器则将上取样信号变换为同频率PWM信号，调制器采用完善的专利校正算法来补偿非线性，提高系统的整体性能。TAS5142是单通道PWM功率音频器件，它由集成栅驱动器、4个匹配的又电气上隔离的增强型N沟功率DMOS晶体管组成，内置保护电路和故障告知电路。由上述二个器件组成的TDAA系统的动态范围大于93dB；TDH小于0.08%（1kHz、6Ω负载、1W~30W RMS）；在8Ω负载上的功率效率大于90%。

经仔细比较发现，DDX的方案不仅功能比TI的多，而且性能指标也更好，技术上更先进，而且它的音质也是广受好评的。因此，采用了DDX的方案。在采购元件时，由于DDX的单芯片很难买到。因此，选择购买了整体的功放模块。

2.2系统的介绍

本系统是一个设计较完善的产品化家用全数字功率放大器。它采用了美国APOGEE 公司最新的DDX直接数字放大技术，音质直逼高档模拟放大器，同时，为了扩大使用范围，系统进一步集成了模拟音频输入通道，便于没有数字音频信号的用户使用该系统。操作方面采用了大型的128*64点阵液晶显示模块和非常方便易用的旋转编码器，同时更具有遥控功能!软件方面，采用了全中文菜单显示，由旋转编码器和遥控器作为输入设备，旋转编码器和遥控器均可实现全功能的操作。外观方面，系统采用了一个非常合身的黑色金属外壳。全铝面板，左边为显示屏，中间一个圆孔为遥控接收窗，右边一个旋扭为带菜单键的旋转编码器。

2.3系统框图

系统组成框图如图2-1所示。

2.4系统的功能及特色

n大型全中文液晶显示模块

n全中文菜单操作

n超大音量数值显示

n红外遥控功能，可实现全功能遥控

n SPDIF格式的同轴或光纤信

图2-1整机结构框图

号接收

n立体声模拟音频信号输入

n12种预置均衡器模式

n高音、低音独立调节

n左右声道音量偏置独立调节

n开机音量设置功能

n开机音量限制功能

n背光自动关闭功能

n背光时长调节功能

n夜间聆听模式

n波峰修正功能

n音乐直通功能

2.5本章小结

本章对本系统作了简单的介绍，介绍了系统的大体结构，功能和特色。并对两个现在最为流行的数字功放的方案作了十分细致的比较，在权衡多种利弊之后选择了APOGEE 公司的DDX方案。

第3章硬件电路设计

3.1数字音频接收电路设计

3.1.1芯片概述

数字接收电路采用了美国CRYSTAL公司生产的专用数字音频接收芯片CS8416，这个芯片具有很低的时钟抖动，可以将SPDIF信号转换成任意一种现用的数字音频格式输出。CS8416可以工作在软件控制模式或是硬件模式，在软件模式时，芯片通过I2C总线或是SPI总线控制其内部的寄存器实现对其功能的控制。在硬件模式时，芯片在上电复位的时将配置引脚上的电平读入并置相应的内部寄存器的位，实现对芯片的控制。硬件模式的结构框图如图3-1所示。

图3-1硬件模式结构框图

其中相应的配置引脚的功能如下：

1)SDOUT端控制器件是工作在软件模式或是硬件模式

2)RCBL端控制器件是工作在时钟主模式或从模式

3)NV/RERR端控制器件是否产生错误标志

4)AUDIO和C两个端口控制器件的输出格式

5)U端控制器件的主恢复时钟频率是128fs还是256fs

6)96KHz端控制器件是否打开数字去加重功能

7)RXSEL[1:0]端控制器件的输入端口

3.1.2配置选择

引脚电平的控制是通过一个47 k?的上拉电阻接到电源或直接接地。在系统的设计中，

考虑到系统的稳定性，选择令芯片工作在硬件模式，又考虑到系统的兼容性，选择了使系统工作在时钟主模式下，同时将输出格式设置为24位的左对齐(left justified)格式，该格式的时序图如图3-2所示。之所以用这种格式是因为ADC中也使用了这种格式，采用相同的格式便不用在切换信号源的时，改变DDX-8001的接收格式，可以避免不必要的问题发生。由于CS8416具有输入选择的功能，因此本系统的两种数字信号输入功能由CS8416内部进行切换，具体是将RXSEL1端置为低电平，通过控制RXSEL0端的高低电平来选择信号是从RXP0端还是从RXP2端输入。现在的数字音频记录中，已经很少采用预加重了因此可以选择了关闭数字去加重功能。最终确定的CS8416的工作电路图如图3-3所示。

图3-2 left justified格式的时序图

图3-3 CS8416的工作电路图

3.2音频ADC电路的设计

3.2.1 芯片概述

因为这是一个全数字式的放大器，但是不是每个用户都会有数字音源，因此为了方便使用，本系统增加了模拟音频信号输入的功能，也就是说系统增加了一个模数转换器

(ADC)，同时，为了使模拟输入的损耗尽可能的低，ADC芯片采用了美国CRYSTAL公司生产的音频专用ADC芯片CS5351。这个芯片的转换精度达24位，采样频率达192KHz！CS5351是一个多比特ΔΣ调制方式的ADC，其内建了模拟的低通滤波和数字高通滤波，因此可以不用再设计滤波器而仅需设计一个输入匹配电路[3]即可。CS5351的内部框图如图3-4所示。

图3-4 CS5351的内部框图

芯片的功能由几个引脚的电平进行设定。具体的功能如下：

1)M/S端控制器件是工作在时钟主模式或从模式

2)MIDV端控制器件的LRCK、SCLK的时钟是否由MCLK分频

3)HPF端控制器件内部的高通滤波打开或关闭

4)I2S/LJ端控制器件的输出格式是I2S还是左对齐

5)M0/M1端设置器件的采样频率

3.2.2 ADC配置的选择

由于器件没有内部时钟振荡器，而且DDX-8001上也没有提供外部时钟，因此CS5351必须外接时钟振荡器(如图3-6所示)。所以选择使CS5351工作在主时钟模式然后输出。同时，为了让ADC的损耗更低，让ADC工作在192KHz的采样频率上，因此这里令芯片工作在主时钟模式，同时LRCK和SCLK也是用ADC中所使用的系统时钟(MCLK)由外部的24.576MHz的晶振和SN74HCU04D构成的振荡电路提供，数字音频传输中所用到的数据锁存时钟(SCLK)和左右声道时钟(LRCK)均是由这个时钟经内部分频后获得。本系统中ADC的采样频率为192KHz(Fs)，即为4倍速模式，也就是说LRCK的频率是192KHz，SCLK 的频率是LRCK的64倍，即12.288MHz(64Fs)。CS5351的内部时钟分频框图如图3-5所示。

图3-5 CS5351的内部时钟分频框图

图3-6 ADC部分用的时钟振荡电路

图3-7 ADC部分的最终原理图

3.3数字音频数据切换

系统有三种输入方式，分别是同轴、光纤和模拟输入。其中同轴和光纤是数字输入，模拟是经ADC后输入，两个信号不一样，因此必须切换。每组数字音频信号是由MCLK、SCLK、LRCK、DA TA组成。因此选用双4选1数据选择器SN74LVC157A进行数据的选择切换。之所以选择LVC系列是因为要切换的数据频率达24.576 MHz，这个系列具有比HC系列更高的速度，确保数据的顺利通过。

在控制中，通过控制SELADC端的高低电平实现对两组输入的选择，如图3-8所示。

图3-8 音频数据切换电路

3.4系统的整体控制电路设计

3.4.1控制系统概述

在单片机的选择中，考虑到本系统要用到I2C总线进行通信和至少3个的外部中断源，而且系统用到了全中文的菜单和图片的显示，因此，采用了内部资源相当丰富、程序储存器足够大的A VR单片机－A TMEGA16。这是一款高档的RISC内核8位单片机，内部具有上电复位电路，RC振荡器，因此无须外接晶振，其运算处理能力达1MIPS/MHz[4]，片内集成512字节的EEPROM，可断电保存大量数据。该单片机的各个P口上还具有内部可编程的上拉电阻，可以省去所有的外部上拉电阻，提高系统的稳定性。用这个单片机可以组成一个高性能，低功耗，高稳定性的系统。系统控制部分的电路框图如图3-9所示。

I2C总线

图3-9控制系统框图

图3-10控制系统的原理图

3.4.2旋转编码器和按键连接电路

旋转编码器是一种新型的输入器件，它与单片机之间的连接电路如图3-11所示

图3-11旋转编码器和按键连接电路

3.4.3背光控制电路

背光控制电路主要由两个电阻和一只NPN型三极管(2SC1815)组成,BLI为背光的控制端，连接到单片机的PC6上，BLO为背光输出端，连接到显示屏的背光阳极上驱动背光点

亮。当BLI端为低电平时，Q201截止，背光通过R203的限流后驱动背光，此时光线很暗，处于关背光的状态。当BLI端为高电平时，Q201的基极与发射极间的电压为5V，远大于0.6V，Q201导通，背光点亮。在背光控制电路的设计中主要考虑的因素是液晶显示屏上的能见度，因为系统中用的显示屏是STN屏，这种屏不像半透屏那样可以通过光线反射将显示内容显示出来，它必须在有背光的时才能把显示内容清楚的显示出来。出于这个考滤，在系统设计中，在背光控制的三极管(Q201)的集电极和发射极之间并接了一只旁路电阻，这个电阻的阻值在实际测试中，采用1k?电阻时，亮度适中，既不明显，也可以将显示屏上的内容看清。

图3-12 背光控制电路

3.5电源电路设计

本设计中，用了一个DDX-2100功率模块，这个功率模块的输出功率为2 x 50W/65 W, 6Ω/8Ω @ 33V,其最佳工作电压为直流33V，考虑到交流在变直流后电压会增加大约20%，33V/1.2=27.5V，因此功放部分选择了交流输出28V的变压器。关于功率的选择，因为这个功放的效率在满功率时达到90%，如图3-13所示，而此时的声音输出功率为50W左右，同时也考虑到机器其它部分的用电，因此选择了一个150W的环形变压器来作为系统的供电变压器。

图3-13 DDX-2100功率模块的电源效率－功率图

系统的电源共分为+32V、+5V A、+5VD、+3.3V四个部分，其中+32V是数字功率放大部分的供电，+5VD是单片机系统和DDX8001的供电，+5V A和+3.3V则是数字接收部分和ADC部分的供电。+32V的电压由28V交流电经桥堆整流后得到，如果按照计算值，此处只需4A的整流桥堆便足够了，但为了给功放提供足够大的瞬时电流，系统采用了一只容量高达10000微发的电解电容进行滤波，因此开机瞬间，电容充电电流很大，所以为了使电路工作在一个安全的范围内，采用了一个最大电流高达8A的整流桥堆[5]。+5VA、+5VD的电压由交流12V经桥堆整流和一只25V/2200uF的电解电容滤波后分别经过一个L7805稳压得到，+3.3V则是从+5VA处经LM1117稳压获得。数字供电和模拟供电分离不仅使电路的功率分配更好，也使电源对音频系统的干扰更小，以获得更纯净的声音。同时，为了使系统获得更好的性能，在每个电源滤波电容的旁边都并上一只0.1μF的旁路电容[5]，因为这样可以大大降低电路的高频电源阻抗，非常有利于提高单片机系统和数字电路的稳定性！并在各部分电路的电源干路上串上一只用于过滤高频干扰的磁珠。

系统采用了带电待机的工作方式，也就是说，在通常的待机状态下，控制系统依然处于工作状态，但功率放大器用到的+32V电压被系统控制的电源开关继电器截断，此时功放系统停止工作。同时液晶显示内容被清空，液晶屏处于复位状态，液晶背光关闭。

为了保证系统的安全，在功放电源部分加入了一个250V/4A的保险管，以防止功放系统在发生故障时造成电源部分烧毁，引发火灾事故。电源供电部分电路如图3-14、3-15所示。

图3-14 +3.3V供电电路

3.6PCB的设计

在PCB的设计中始终坚持数字地和模拟地分离的原则，以尽量降低数字电路对模拟电路的影响提高声音品质。同时为了提高电源滤波的效果，也采用了一点接地和一点接入电源的原则。系统的PCB采用了双面板。为了方便调试，将所有核心组件布局在顶层，底层用于放置焊盘和大面积覆地。模拟部分采用无网格覆地，数字部分采用网格覆地，这样可以降低电路对地的交流阻抗。

图3-15 +32V和+5V供电电路

3.7本章小结

本章分别介绍了数字音频接收电路、模数转换电路、数据选择电路、系统控制电路和电源供电电路的设计，主要元器件选择等。介绍了芯片的工作模式、工作条件、输出波形等。为了使系统的性能尽可能的好，在硬件设计中，尽可能的令芯片工作在最高性能的状

态下，同时也充分考虑了系统的整体协调性、稳定性和安全性。

第4章 软件设计

4.1 系统程序结构概述

本系统程序总流程图如图4-1所示。其中，系统初始化时，系统读取并设置系统正常运行时所必须的参量。桌面，是系统正常工作时的状态，此时，系统在不断检测设置的改变，如音量值、高低音量值等，不断的循环检测直到菜单键被按下。如果检测到有改变即对该设置进行动作。在菜单中，是一个目录结构，选中想要设置的项，然后确认进入，当入到根目录后便可对相应的功能进行设置了。设置后退出菜单回到桌面。

4.2 对I 2C 总线的读写及对DDX-8001的

控制

在本系统中利用到的PCM 转PWM 芯片DDX-8001是一个结构相当复杂的芯片，通过I 2C 总线对内部64个8位寄存器的读写实现对它各种功能的控制。下面对I 2C 总线的读写进行简单的介绍。

4.2.1 I 2C 总线基本原理

I 2C 总线是由数据线SDA 和时钟SCL 构 成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU 与被控IC 之间、进行双向传送，最高传送速度100 kbit/s 。I 2C 总线在传送数据的过程中共有4种基本类型信号，分别是：开始信号、数据传输信号、应答信号和结束信号。

1)开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。所有的命令都必须在开始条件以后进行。

2)结束信号：SCL 为低电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。所有的操作都必须在停止条件以前结束。总线开始和停止数据传送的时序如图4-2所示。

图4-2 总线开始和停止数据传送的时序图

3)数据传输信号：在开始条件以后，时钟信号SCL 的高电平周期期问，当数据线稳定

图4-1 系统程序总流程图

时，数据线SDA的状态表示数据有效，即数据可以被读走，开始进行读操作。在时钟信号SCL的低电平周期期间，数据线上数据才允许改变。每位数据需要一个时钟脉冲。I2C 总线的数据位传送时序如图4-3所示。

图4-3 数据位传送时序图

4)应答信号：接收数据的从器件收到8 bit数据后，向发送数据的主控器件发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。这要求主器件必须产生一个与确认位相应的额外时钟脉冲(第9个脉冲)。若主控器件确认失败，主控器件必须发送一个数据结束信号给从器件。这时从器件必须使SDA线保持高电平，使主控器件能产生停止条件。总线的应答信号时序如图4-4所示。

图4-4 总线的应答信号时序图

4.2.2DDX-8001的读写操作

对DDX-8001读写操作，下面是DDX-8001的I2C总线读写格式[6]。如图4-5所示。

图4-5 DDX-8001的I2C总线读写格式

DDX-8001的引脚中有一个SA端，这一个引脚的电平决定了DDX-8001的I2C通信地址，当SA端为“1”时，写地址为0X42，读地址为0X43;当SA端为“0”时，写地址为0X40，