I_2C总线技术在DSP系统中的实现

收稿日期:2007-10-30作者简介:柯艳明(1968—　),男,湖北大冶人,讲师,硕士。

文章编号:1008-8245(2008)01-0007-03I 2C 总线技术在DSP 系统中的实现柯艳明(黄石理工学院电气与电子信息工程学院,湖北黄石435003)摘　要:许多嵌入式系统处理器由于不带有I 2C 总线接口而限制了I 2C 总线接口器件在其上的应用。

介绍了I 2C 总线的特点和时序,并以串行E 2PROM 为例,给出了在T MS320F240X DSP 系统中模拟实现I 2C 总线的方法。

实践证明,该方法简单、可靠,对于构建实际的DSP 应用系统来说具有现实的参考价值。

关键词:I 2C 总线;DSP;E 2PROM 中图分类号:TP336　文献标识码:AThe I mple ment ati on of I 2C Bus Technology i n DSP Syste mKE Yan m ing(School of Electrical and Electronic Infor mation Engineering,Huangshi Institute of Technology,Huangshi Hubei 435003)Abstract:Many e mbedded syste m p r ocess or can not use I 2C bus devices because of its lack of I 2C bus interface .This paper intr oduces the character and ti m e sequence of I 2C bus and taking serial E 2PROM as exa mp le and p resents the si m ulating app licati on method of I 2C bus in DSP syste m.The p ractice p r oves that this method is si m p le and reliable and gives p ractical reference value for actual constructi on of DSP app licati on syste m.Key words:I 2C bus;DSP;E 2PROM I 2C (I nter I C BUS )总线是PH I L I PS 公司推出的一种新型串行总线,它可使芯片之间通过简单的双线进行通讯。

I 2C 极大简化了应用系统的硬件设计,节省了系统资源,降低了系统成本,而且系统的修改和升级也极为方便,只需向总线上加载或卸载芯片即可。

另一方面,I 2C 总线的简单性并没有影响到它的实用性,它是一种具备多主机系统所需的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线,已广泛应用于自动控制、通讯、家电、智能仪器仪表等场合。

DSP [1]即数字信号处理器,是当今IT 行业的热点技术之一,其独特的硬件结构设计(哈佛结构、流水线技术等)和多种寻址方式保证了其具备超强的数据处理能力和实时控制能力,可以实现一些复杂的控制算法和数据处理。

遗憾的是包括DSP 在内的许多MCU 并不带有I 2C 总线接口,从而限制了I 2C 总线接口器件在其上的应用。

如何将I 2C 总线技术和DSP 技术有机结合起来正是本文的主旨。

本文以串行E 2PROM 为例,给出了在T MS320LF240X DSP 上使用通用I /O 口模拟实现I 2C 总线接口的硬件电路和相关软件。

1　I 2C 总线工作原理1.1　概述I 2C 总线只有两条双向信号线,即数据线S DA和时钟线SCL 。

这两条线都要通过上拉电阻与电源相连,在总线空闲时均为高电平。

所有连接到I 2C 总线上的器件都通过这两条线挂接在总线上,每个器件都有唯一的地址。

I 2C 总线的基本结构如图1所示[2]。

第24卷　第1期2008年2月 黄　石　理　工　学　院　学　报JOURNAL OF HUANGSH I I N STI T UTE OF TECHNOLOGY Vol .24　No .1Feb 2008图1　I 2C 总线的基本结构I 2C 总线是一个十分完善的多主系统总线,总线上可以挂接多个MCU ,因此有4种工作方式,即主发送、主接收、从发送、从接收。

但实际的I 2C 总线应用系统绝大多数都是单主系统,只用到I 2C 总线的主方式,即主发送与主接收。

本文所介绍的I 2C 总线模拟方法也只考虑此种情况。

1.2　I 2C 总线的数据传送过程及时序I 2C 总线数据传输时必须遵循规定的数据传送格式。

按照总线规约,在I 2C 总线上传送的一个数据字节由八位组成。

总线对每次传送的字节数没有限制,但每个字节后必须跟一位应答位。

数据传送首先传送最高位(MS B ),数据传送按时序图2所示格式进行。

首先由主机发出启动信号(S DA 在SCL 高电平期间由高电平跳变为低电平),然后由主机发送一个字节的数据。

启动信号后的第一个字节数据具有特殊含义:高七位是从机的地址,第八位是传送方向位,0表示主机发送数据(写),1表示主机接收数据(读)。

被寻址到的从机设备按传送方向位设置为对应工作方式。

标准I 2C 总线的设备都有一个七位地址,所有连接在I 2C 总线上的设备都接收启动信号后的第一个字节,并将接收到的地址与自己的地址进行比较,如果地址相符则为主机要寻访的从机,应在第九个时钟脉冲时向S DA 线送出低电平作为应答。

除了第一字节是通用呼叫地址或七位从机地址之外,第二字节开始即数据字节。

数据传送完毕,由主机发出停止信号(S DA 在SCL 高电平期间由低电平跳变为高电平)。

图2　I 2C 总线的数据传送时序1.3　I 2C 总线的数据传送格式(1)主器件的写操作。

主器件向被寻址的从器件发送n 个数据字节,整个传输过程中数据传送方向不变。

其数据传送格式如下:A :应答信号; A :非应答信号;S:起始信号;P:停止信号;data1～datan:写入从器件的n 个数据字节。

(2)主器件的读操作。

主器件向被寻址的从器件中读出n 个数据字节,整个传输过程中数据传送方向不变。

其数据传送格式如下:A :应答信号; A :非应答信号;S:起始信号;P:停止信号;data1d ～datan:被主器件读出的n 个数据字节。

主器件发送停止信号前应发送非应答位,向从器件表明读操作结束。

2　I 2C 总线在DSP 系统中的实现对于不带I 2C 线接口的DSP 来说,可以使用软件来模拟I 2C 的操作,包括串行时钟、数据输入和数据输出。

不同的串行接口外围芯片,它们的时钟时序是不同的。

本文仅以T MS320LF240XDSP 和AT24C 系列串行E 2PROM 的接口为例(AT24C02),说明I 2C 总线在DSP 系统上的软件模拟方法。

AT24C02[3]是具有I 2C 总线接口的串行E 2PROM ,容量为256B ,反复读写可达10万次以上,数据保存大于100年。

它的器件型号地址是由厂家给定的,AT24C 系列E 2PROM 的型号地址皆为1010,器件地址中的低3位为引脚地址A 2、A 1、A 0,对应器件寻址字节中的D 3、D 2、D 1位,在硬件设计时由连接的引脚电平给定。

对AT24C02的片内单元进行寻址时,8位寻址信号即可满足要求。

当进行连续读写操作时,AT24C02能实现字节地址自动加1,故只需指定首地址。

连续读操作时为了指定首地址,需要两个伪字节写来给定器件地址和片内地址,重复一次启动信号和器件地址(读),就可读出该地址的数据。

对AT24C 系列E 2PROM 的读写操作完全遵守I 2C 总线的主收从发和主发从收的规则。

2.1　硬件实现图3所示为T MS320F240X DSP 与存储器AT24C02的硬件连接图。

图3中,T MS320F240X8 黄　石　理　工　学　院　学　报 2008年DSP 的XF 引脚模拟I 2C 总线的时钟线SCL ,I O PF0模拟I 2C 总线的数据线S DA ,A 0～A 2地址引脚可接地,TEST 测试脚悬空。

T MS320F240X DSP 采用20MHz 晶振,指令周期为50μs 。

另外根据上述接口电路可知,24C02的器件地址为A 0H(写)和A 1H (读)。

图3　T MS320F240X DSP 与AT24C02的硬件连接图2.2　软件实现限于篇幅,本文仅给出T MS320F240X DSP 向存储器AT24C02写入单字节的子程序框图和向其连续单元写N 个字节的子程序框图,分别如图4和图5所示。

图4　DSP 向AT24C02写入单字节的子程序框图读子程序框图与此类似,两者的主要区别在于单片机进行读操作时,首先需发送器件的7位地址码和写方向“0”,然后再发送一个字节的要读出器件的存储区的首地址,分别收到器件应答后,单片机要重复发送一次起始信号和器件地址及读方向位“1”。

图5　DSP 向AT24C02连续单元写入N 字节的子程序框图3　结论本文将I 2C 总线技术和DSP 技术有机结合起来,介绍了一种在DSP 系统中模拟实现I 2C 总线的方法。

实践证明,该方法简单、可靠,对于构建实际的DSP 应用系统来说具有现实的参考价值。

实际上,也可以根据I 2C 串行总线的操作时序特点在MCS -51、MCS -96等系列单片机上虚拟实现I 2C 总线。

参考文献[1]　刘和平.T MS320LF240X DSP 结构、原理及应用[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2002[2]　何立民.I 2C 总线应用系统设计[M ].北京:北京航空航天大学出版社,1995[3]　李全利.单片机原理及接口技术[M ].北京:高等教育出版社,2004(责任编辑　吴鸿霞)第1期 柯艳明:I 2C 总线技术在DSP 系统中的实现 9。