【第十一讲】TMS320F28335开发板之I2C模块
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標簽：? dsp?仿真 | 分類：?DSP |
????????I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，是一種具有多端控制能力向串行數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。
????????準確的讀法應(yīng)該是I的平方C，即I^2C。以后就簡寫成I2C模塊。
????????I2C模塊通過I2C總線為DSP和其他符合PHILIPS半導(dǎo)體內(nèi)部集成電路總線規(guī)格（PHILIPS半導(dǎo)體I2C總線規(guī)范）的設(shè)備提供了接口。I2C總線是一種兩線制串行總線，與其相連的外部器件可以發(fā)送1~8位數(shù)據(jù)到DSP，或者從DSP接收1~8位數(shù)據(jù)。通過I2C模塊傳輸或接收到的一個單位的數(shù)據(jù)可以少于8位。
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????????I2C模塊支持任何主/從I2C兼容設(shè)備，多個I2C模塊連接在總線上實現(xiàn)多個器件間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。
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一.I2C模塊的主要特征
????1.與PHILIPS半導(dǎo)體I2C總線規(guī)范兼容（2.1版）
- 支持8位格式數(shù)據(jù)傳送；
- 7位和10位尋址模式，分別最多可以帶128個和1024個設(shè)備；
- 支持多個主發(fā)送器和多個從接收器；
- 支持多個從發(fā)送器和多個主接收器；
- 具有主發(fā)送/接收和主接收/發(fā)送模式；
- 數(shù)據(jù)傳輸速率可從10Kbit/s到400Kbit/s
- *支持通用呼叫功能；
- *支持啟動字節(jié)（START）模式
????2.一個16位接收FIFO和一個16位發(fā)送FIFO
????3.一個可以隨時被CPU使用的中斷
????4.在FIFO模式下可被CPU使用的附加中斷
????5.有自有數(shù)據(jù)格式模式
????6.不支持以下功能：
- 高速模式
- CBUS-兼容模式
二.I2C模塊的性能與功能
????I2C是多主控總線，所以任何一個設(shè)備都能像主控器一樣工作，并控制總線。總線上每一個設(shè)備都有一個獨一無二的地址，根據(jù)設(shè)備它們自己的能力，它們可以作為發(fā)射器或接收器工作。I2C模塊允許一個或多個支持I2C總線功能的器件連接在同一條總線上。
????對于數(shù)據(jù)通信，I2C模塊有一個串行數(shù)據(jù)引腳SDA和一個串行時鐘引腳SCL。這兩個引腳在280x器件和連接到I2C總線上的其他器件之間傳送信息。SDA和SCL兩個引腳均是雙向的。它們必須通過上拉電阻接到正電壓。當總線空閑時，兩個引腳均為高電平。
（1）兩種主要的傳輸模式
- 標準模式：發(fā)送n個數(shù)值，n是在I2C模塊寄存器中所設(shè)置的傳輸數(shù)據(jù)個數(shù)。
- 重復(fù)模式：一直發(fā)送數(shù)據(jù)，直到軟件產(chǎn)生一個停止條件或一個新的開始條件。
（2）I2C模塊的主要組成
????I2C模塊結(jié)構(gòu)框圖如上圖，主要包含：
- 一個SDA串行數(shù)據(jù)引腳和一個SCL串行時鐘引腳；
- 數(shù)據(jù)寄存器和FIFO：暫時保存SDA引腳和CPU之間傳遞的接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)；
- *控制和狀態(tài)寄存器；
- 外圍總線接口：用于CPU訪問I2C模塊寄存器和FIFO；
- 時鐘同步器：用來使I2C輸入時鐘（由DSP時鐘源產(chǎn)生）和SCL引腳的時鐘同步，并且使數(shù)據(jù)發(fā)送器與不同的主機時鐘速度同步；
- *預(yù)定標器：將輸入到I2C模塊的時鐘進行分頻；
- 噪聲濾波器：SDA和SCL引腳的；
- *總線仲裁器：用來處理I2C模塊和其它主器件的仲裁問題；
- 中斷產(chǎn)生邏輯I2CINT：向CPU發(fā)送中斷信號；
- FIFO中斷產(chǎn)生邏輯：以便在I2C模塊中接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)時能夠同步訪問FIFO。（FIFO模式）
????上圖也給出了非FIFO模式下數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的操作方式。CPU將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入到I2CDXR，并從I2CDRR中讀取接收到的數(shù)據(jù)。當I2C模塊配置成發(fā)送器時，寫入到I2CDXR的數(shù)據(jù)被復(fù)制到I2CXSR中，并逐位地移出到SDA引腳上；當I2C模塊配置成接收器時，接收到的數(shù)據(jù)先移入到I2CRSR，再復(fù)制到I2CDRR中。
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三.時鐘產(chǎn)生源
如圖所示：
????DSP時鐘產(chǎn)生器從外部時鐘源接收信號，產(chǎn)生一個頻率可編程的I2C輸入時鐘。I2C輸入時鐘為CPU時鐘，在I2C內(nèi)部經(jīng)過兩倍以上分頻后產(chǎn)生I2C模塊時鐘和主機時鐘。
????模塊時鐘決定了I2C模塊以什么頻率工作。I2C模塊的可編程分頻器通過對輸入時鐘分頻得到模塊時鐘。配置分頻器寄存器的IPSC位可確定分頻器的值。模塊時鐘頻率的計算公式如下：
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????主時鐘頻率=模塊時鐘頻率 X [（ICCL+d）+（ICCH+d）]
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????為了與所有I2C協(xié)議時鐘頻率匹配，模塊時鐘必須配置在7~12MHz之間，分頻器必須在I2C模塊被復(fù)位時（即I2CMDR的IR=0）配置。當IRS由0變成1時所分頻的頻率才有效，當IRS=1時改變IPSC的值不起作用。
????當I2C總線的I2C模塊被配置成主器件時，在SCL引腳出現(xiàn)主時鐘。該時鐘控制I2C模塊同其他從器件之間通信的時序。I2CCLKL的ICCL位和I2CCLKH的ICCH位的值分別表示分頻值的低字節(jié)部分和高字節(jié)部分。
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四.I2C模塊操作
1.數(shù)據(jù)狀態(tài)
下圖描述了I2C總線傳送數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL的電平狀態(tài)。
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????在時鐘為高電平時SDA引腳上的數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定。只有在SCL上時鐘信號變低時，數(shù)據(jù)線SDA引腳的數(shù)據(jù)才可以改變。
2.操作模式
I2C模塊有四種基本操作模式用以支持數(shù)據(jù)傳送。
具體工作如下：
????1）如果I2C模塊工作在主模式下，當向從模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時，I2C模塊必須保持主發(fā)送器模式；接收從模塊的數(shù)據(jù)時，則其必須變?yōu)橹鹘邮掌髂Ｊ健?/p>
????2）如果I2C模塊是從機，通常是當其識別來自主機的從地址時發(fā)送一個應(yīng)答信號。如果主機將要發(fā)送數(shù)據(jù)給I2C模塊，那么模塊必須保持從接收器模式。如果主機要求I2C模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，那么模塊必須變成從發(fā)送器模式。
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五.I2C模塊的起始和停止條件
????當I2C總線上的I2C模塊被配置成主機時，可以由該模塊產(chǎn)生起始（START）和停止（STOP）條件。如圖所示，當SCL為高電平時，SDA數(shù)據(jù)線產(chǎn)生由高到低跳變時，表示起始條件開始。主機通過產(chǎn)生這樣的條件來表明數(shù)據(jù)傳送開始；當SCL為高電平，SDA數(shù)據(jù)線產(chǎn)生由低到高跳變時，表明停止條件產(chǎn)生。主機通過產(chǎn)生該條件表明數(shù)據(jù)傳送停止結(jié)束。
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????起始條件開始后且停止條件產(chǎn)生之前，認為此時的I2C總線是處于忙狀態(tài)的，此時I2CSTR的總線忙位BB=1；在停止條件產(chǎn)生后與下個起始條件產(chǎn)生前，這段期間認為I2C總線是處于空閑的，此時BB=0.。??????????????????????????
????為了使I2C模塊使用起始條件開始數(shù)據(jù)傳送，I2CMDR的主機模式位（MST）和起始條件位（STT）都必須為1.為了使I2C模塊使用停止條件終止數(shù)據(jù)的傳送，則停止條件位（STP）必須置1。當RM位和STT位都置1時，產(chǎn)生重復(fù)的起始條件。
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六.串行數(shù)據(jù)格式
上圖是傳輸8位數(shù)據(jù)。SDA數(shù)據(jù)線上每一位的維持時間相當于SCL一個脈沖。傳輸數(shù)據(jù)時，總是高有效位字節(jié)（MSB）開始傳送。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的個數(shù)沒有限制。
1）7位地址格式
????要使用7位地址格式，需向I2CMDR的擴展地址使能位（XA）寫0，并且要確保自由數(shù)據(jù)格式關(guān)閉（即I2CMDR的FDF=0）
????起始位后第一個字節(jié)包括7位的從機地址和1位讀寫選擇位。決定數(shù)據(jù)傳送的方向，當=0，代表主機向所尋址的從機寫數(shù)據(jù)；當=1，主機讀來自從機的數(shù)據(jù)。
????每個字節(jié)傳輸完成后，必須插入一個額外的時鐘周期應(yīng)答位（ACK）。如果在主機傳送第一個字節(jié)后，從機產(chǎn)生應(yīng)答位，則發(fā)送器就會發(fā)送n位數(shù)據(jù)。n是由I2CMDR的BC位來確定的1~8位數(shù)。當數(shù)據(jù)傳送完成后，接收器產(chǎn)生一個應(yīng)答位ACK。
2）10位地址格式
?要使用10位地址格式，需向I2CMDR的擴展地址使能位（XA）寫1，并且要確保自由數(shù)據(jù)格式關(guān)閉（即I2CMDR的FDF=0）
????起始位后第一個字節(jié)包括11110和從機地址的2個最高位MSBs以及一個讀寫選擇位，第二個字節(jié)為剩下的8位地址。主機一旦向從機發(fā)送了第二個字節(jié)，就可以寫數(shù)據(jù)，或者通過重復(fù)使用開始位（START）來改變數(shù)據(jù)傳送方向。
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七.I2C協(xié)議總線信號時序分析
????1.總線空閑狀態(tài)
????SDA和SCL兩條信號線都處于高電平，即總線上器件都處于釋放狀態(tài)。
????2.應(yīng)答信號ACK
????I2C總線的數(shù)據(jù)都是以8位進行傳送，發(fā)送器每發(fā)送一個字節(jié)后，在SCL第9個時鐘脈沖期間釋放數(shù)據(jù)總線，由接收器發(fā)送一個ACK（把數(shù)據(jù)總線電平拉低）來表示數(shù)據(jù)成功接收。
????3.無應(yīng)答信號NACK
????在SCL第9個時鐘脈沖期間釋放數(shù)據(jù)總線，接收器不拉低數(shù)據(jù)總線表示一個NACK，NACK有兩種用途：
????a.表示接收器未成功接收數(shù)據(jù)字節(jié)；
????b.當接收器是主控器時，它收到最后一個字節(jié)后，應(yīng)發(fā)送一個NACK信號，以通知被控發(fā)送器結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，并釋放總線，以便主控接收器發(fā)送一個停止信號STOP。
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八.寫通訊過程（便于加深理解）
- 主控在檢測到總線空閑的狀況下，首先發(fā)送一個START信號掌管總線；
- 發(fā)送一個地址字節(jié)，包括7位地址碼和一位=0；
- 當被控器件檢測到主控發(fā)送的地址與自己的地址相同時發(fā)送一個應(yīng)答信號ACK；
- 主控收到ACK信號后，開始發(fā)送第一個數(shù)據(jù)字節(jié)；
- 被控器件收到數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)送一個ACK表示繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，，發(fā)送NACK表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束；
- 主控發(fā)送完全部數(shù)據(jù)后，發(fā)送一個停止信號STOP，結(jié)束整個通訊并釋放總線。
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九.讀通訊過程
- 主控在檢測到總線空閑的狀況下，首先發(fā)送一個START信號掌管總線；
- 發(fā)送一個地址字節(jié)，包括7位地址碼和一位=1；
- 當被控器件檢測到主控發(fā)送的地址與自己的地址相同時發(fā)送一個應(yīng)答信號ACK；
- 主控收到ACK信號后釋放數(shù)據(jù)總線，開始接收第一個數(shù)據(jù)字節(jié)；
- 主控器件收到數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)送一個ACK表示繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，，發(fā)送NACK表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束；
- 主控接收完全部數(shù)據(jù)后，發(fā)送一個停止信號STOP，結(jié)束整個通訊并釋放總線。
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十.I2C協(xié)議尋址約定
????地址的分配方法有兩種：
????1.含CPU的智能器件，地址由軟件初始化時定義，但不能與其它器件有沖突；
????2.不含CPU的非智能硬件，由廠家在器件內(nèi)固化，不可改變。
????高7位為地址碼，其分為兩部分：
????1.高4位屬于固定地址不可改變，由廠家固化的統(tǒng)一地址；
????2.第三位為引腳設(shè)定地址，可以由外部引腳來設(shè)定（并非所有器件都可以設(shè)定，也并非所有器件都是引腳設(shè)定）。
*****************************************************************************************************************這部分內(nèi)容比較多，全是理論為主，以上只是講了一些經(jīng)常用到的知識點，還有一些沒有在此寫出來，如果有需要可以查閱開發(fā)板產(chǎn)品中關(guān)于【I2C模塊部分手冊】。
好啦，這部分暫時沒有軟件實驗部分，這一講結(jié)束。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【第十一讲】TMS320F28335开发板之I2C模块的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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