飞思卡尔8位单片机-第10章 IIC

.,第十章内部集成电路IIC原理及应用,第1节IIC概述第2节IIC管脚及相关寄存器第3节IIC在系统扩展中的应用,.,9.1I2C概述,I2C总线是PHILIPS公司推出的串行总线。I2C总线的应用非常广泛，在很多器件上都配备有I2C总线接口，使用这些器件时一般都需要通过I2C总线进行控制。这里简要介绍I2C总线的工作原理及操作时序。,.,1、电气特性；2、寻址无需片选；3、多主和主从4、MT、MR、ST、SR,QG8,SDA,SCL,.,I2C总线的特点,1、电气特性。各节点需共地，SDA和SCL需分别接上拉电阻。2、寻址无需片选，主从方式中，从器件的地址包括器件编号地址和引脚地址，器件编写地址由I2C总线委员会分配，引脚地址决定于引脚外接电平的高低3、多主和主从两种工作方式的总线4、为主控发送器、主控接收器、被控发送器和被控接收器5、起始和终止信号以及时钟信号都是由主控器提供6、其总线传输速率为100kb/s（改进后的规范为400kb/s），总线驱动能力为400pF。QG8的最快速度为clock/20。7、I2C总线还具有仲裁功能，当一个以上的主器件同时试图控制总线时，只允许一个有效，从而保证数据不被破坏8、当主机发送寻址字节时，总线上所有器件都将该寻址字节中的高7位地址与自己器件的地址比较，若两者相同，则该器件认为被主机寻址，并根据读/写位确定是从发送器还是从接收器9、具有I2C总线接口的单片机可以工作在上述4种工作状态中的任一状态，而一些带有I2C总线接口的存储器（RAM或E2PROM）模块只能充当被控发送器或被控接收器10、在多主方式中，通过硬件和软件的仲裁主控制器取得总线控制权,.,1、数据线SDA和时钟线SCL都是双向传输线，平时均处于高电平备用状态，只有当需要关闭I2C总线时，SCL线才会箝位在低电平。2、SCL线上为高电平时，SDA线上的数据信号才会有效，SCL低时，SDA数据无效。因此，只有当SCL线为低电平时，SDA线上的电平状态才允许发生变化。,I2C总线的接口电路结构,.,图9-2I2C总线的器件连接,.,I2C总线信号的时序,.,I2C协议,一个标准的通信由四部分组成：START信号从地址传输数据传输STOP信号,.,.,（1）START信号一个START信号定义为SDA的一个下降沿，同时SCL保持为高。由主机产生。（2）从地址传输7位呼叫地址，紧接着一个读/写位，读写位告诉从器件数据传输的期望方向。1=读传输，从发送数据给主。0=写传输，主发送数据给从。正好匹配主器件传输的呼叫地址的从器件通过送回一个应答位响应。从机地址由一个固定的和一个可编程的部分构成。例如，某些器件有4个固定的位（高4位）和3个可编程的地址位（低3位），那么同一总线上共可以连接8个相同的器件。,.,（3）数据传输数节为8位，高位在前，低位在后。每传输一位数据都有一个时钟脉冲相对应。SCL线为低电平时，SDA线上数据就被停止传送。接收器可向SCL线输出低电平而箝住SCL（SCL=0），迫使SDA线处于等待状态，直到接收器准备好接收新的数据/地址字节时，再释放时钟线SCL（SCL）=1），使SDA线上数据传输得以继续进行。,.,数据字节没有限制，但每个字节后都必须跟随一个应答位应答信号在第9个时钟位上出现，主控发送器必须在被控接收器发送应答信号前，预先释放对SDA线的控制。接收器在SDA线上输出低电平为应答信号（A），输出高电平为非应答信号（A）。,.,主控器接收到应答信号后可进行下一字节的发送。但如果被控器由于某种原因需要进行其他处理而无法继续接收SDA线上数据时，便可向SDA线输出一个非应答信号（A），使SDA线保持高电平，主控器据此便可产生一个停止信号来终止SDA线上的数据传输。当主控器作为接收器接收被控器送来的最后一个数据时，必须给被控器发送一个非应答信号（A），令被控器释放SDA线，以便主控器可以发送停止信号来结束数据的传输。I2C总线上的应答信号比较重要，在编制程序时应该着重考虑。,.,（4）STOP信号在SCL为逻辑1时SDA的一个上升沿主器件做下面两件事情之一，数据传输中止：(a)通过产生一个STOP信号放弃总线。(b)通过产生重复的START信号发起一个新的呼叫。,.,(4)重复的START信号图108所示，一个重复的START信号是不用首先产生STOP信号终止通信的START信号。(5)仲裁程序如果两个或更多的主器件试图在同一时间控制总线，一个时钟同步程序确定总线时钟。竞争的主器件之间相对优先级由一个数据仲裁进程确定。丢失的主器件立即切换到从接收模式并停止驱动SDA输出。(6)时钟同步,.,QG8的IIC特点,与标准的IIC协议兼容；支持多主操作；有64种不同的时钟频率可供选择；Softwareselectableacknowledgebit；支持中断传输；在总线仲裁中失败方可自动由主切换到从模式；支持地址匹配中断；有S和P信号产生与检测功能；有“重新启动”（RepeatedSTART）信号产生能力；支持Ack信号的产生与检测；具有总线忙检测能力；,.,10.2、IIC管脚及相关寄存器,.,外部信号描述,.,寄存器,IICAddressRegister(IICA),IICFrequencyDividerRegister(IICF),.,时钟分频与数据保持时间表,.,时钟分频设置举例,前提：总线时钟4MHz，IIC的时钟为100KHz；,配置：MULT=01,对应mul=2；ICR=0；对应SCL分频数=20;SDA保持值=7;则波特率=总线频率(Hz)/(mul*SCL分频数)=4000000/(2*20)=100K;(周期10uS)数据保持时间=总线周期(s)*SDA保持值=1/4000000*7=1.75uS如果数据保持时间不够，可以修改ICR的数值，比如设置为7，对应的SCL分频数为40，SDA保持值为10，将mul修改为1，此时100KHz的波特率不变，但数据保持时间为2.5uS了。SDAholdtimeisthedelayfromthefallingedgeoftheSCL(IICclock)tothechangingofSDA(IICdata).,.,IICControlRegister(IICC),.,IICStatusRegister(IICS),.,IICDataI/ORegister(IICD),.,中断事件,IICIF自动置1，表明有中断进入，判断对应的状态位确定具体的中断事件。IICIF位必须在中断子程序中通过对其写1进行清零。,.,中断三事件,（1）字节传输中断：TCF(传输结束标志)位在第9个时钟的下降沿被置1，指明字节传输结束。（2）地址检测中断：当本身确定的地址(IIC地址寄存器)与呼叫地址匹配时，状态寄存器中IAAS位被置1。这时如果IICIE被置1，则CPU进入中断状态。CPU必须检查SRW位和设置它相应的Tx模式（SRW和Tx是标识主从关系和数据传输方向的一个标签，切记使用时注意这两位）。（3）仲裁丢失中断,.,软件开发,从机初始化：(1)写:IICA设置从地址(2)写:IICC使能IIC和中断(3)初始化若干所需RAM变量用于数据传输。主机初始化：(1)写:IICF设置IIC波特率(本章中提供了例子)(2)写:IICC使能IIC和中断(3)初始化若干所需RAM变量用于数据传输(4)写:IICC使能TX（这一位表征发送/接收）(5)写:IICC使能MST(主模式)(6)写:IICD寻址从目标。(这个字节的最低一位将确定这次通信是主接收还是主发送),主机：写IICD启动传输从机：接收到包含地址的信息启动IIC传输,.,主机发送、从机接收,.,主机发送程序,#include#includederivative.h#defineSTART_SIGNALIICC_MST=1;/*宏定义起始信号*/#defineSTOP_SIGNALIICC_MST=0;/*宏定义停止信号*/voidSend_init(void);/*声名发送条件初始化函数*/intSend_init_check(void);/*声名发送条件检测函数*/ByteSnd_data=0 x56,0 x57,0 x58,0 x59;/*待发送的一串数据*/Bytei=0;/*记数变量*/voidmain(void)EnableInterrupts;/*中断使能*/IICF=0X4B;/*设定位移率为100kbps*/IICC_IICEN=1;/*开启IIC功能*/IICC_IICIE=1;/*使能IIC中断*/Send_init();/*主机发送初始化*/for(;)_RESET_WATCHDOG();/*喂看门狗*/,.,主机发送程序,/*主机发送初始化*/voidSend_init()IICC_TX=1;/*置此位为1表示发送*/START_SIGNAL/*产生开始信号*/IICD=0X04;/*发送从机地址（最后一位“0”代表主机发送）*/*发送条件检测*/intSend_init_check()if(!IICS_RXAK),.,/*中断程序*/interrupt17voidIIC(void)IICS_IICIF=1;/*通过向此位写1，对其清零*/if(Send_init_check()/*满足发送条件，则发送*/IICD=Snd_datai+;if(i=4)/*如果发送完毕，使LED1亮*/PTBDD_PTBDD6=1;PTBD_PTBD6=0;STOP_SIGNAL/*产生停止信号*/,.,从机接收程序,#include#includederivative.hintRvc_init_check(void);/*声名接收条件检测函数*/Byteaddr1;/*用来接收地址的变量*/ByteRcvData4;/*用来接收数据的数组*/Bytei=0;/*记数变量*/voidmain(void)EnableInterrupts;/*中断使能*/IICA=0X04;/*定义从机地址*/IICC_IICEN=1;/*开启IIC功能*/IICC_IICIE=1;/*使能IIC中断*/IICC_TX=0;/*置此位为0表示接收*/for(;)_RESET_WATCHDOG();/*喂看门狗*/,.,/*接收条件检测*/intRvc_init_check()if(IICS_TCF),.,从机发送、主机接收,.,主机程序,#include#includederivative.h#defineSTART_SIGNALIICC_MST=1;/*宏定义起始信号*/#defineSTOP_SIGNALIICC_MST=0;/*宏定义停止信号*/voidRcv_init(void);/*声名接收条件初始化函数*/intRcv_init_check(void);/*声名接收条件检测函数*/Byteaddr=0 x05;/*从机地址（最后一位“1”代表主机接收）*/ByteRcv_data5;/*用来接收数据的数组*/Bytei=0;/*记数变量*/voidmain(void)EnableInterrupts;/*中断使能*/IICF=0X4B;/*设定位移率为100kbps*/IICC_IICEN=1;/*开启IIC功能*/IICC_IICIE=1;/*使能IIC中断*/Rcv_init();for(;)_RESET_WATCHDOG();/*喂看门狗*/,.,/*接收条件初始化*/voidRcv_init()IICC_TX=1;/*置此位为1表示发送*/START_SIGNAL/*产生开始信号*/IICD=addr;/*发送从机地址*/*接收条件检测*/intRcv_init_check()if(IICS_TCF),.,/*中断程序*/interrupt17voidIIC(void)IICS_IICIF=1;/*通过向此位写1，对其清零*/if(!IICS_RXAK)/*如果有应答*/IICC_TX=0;/*则将该位置零，表示准备接收*/if(Rcv_init_check()/*如果满足接收条件*/Rcv_datai+=IICD;/*将数据送到接收数组里*/if(i=5)/*如果接收到了所有数据*/PTBDD_PTBDD7=1;/*点亮LED2，以示接收完毕*/PTBD_PTBD7=0;STOP_SIGNAL/*产生停止信号*/,.,从机程序,#include#includederivative.hintSend_init_check(void);/*发送条件检测函数*/Byteaddr2;/*接收地址的变量*/Byte