如何使用PIC16 MSSP模塊進(jìn)行從機(jī) I2C 通信

一些中檔增強(qiáng)型內(nèi)核 PIC16 單片機(jī)器件具有主同步串行端口（Master Synchronous Serial Port，MSSP）。MSSP 模塊可用于實(shí)現(xiàn) I2CTM 或 SPI 通信協(xié)議。在本應(yīng)用筆記中，將介紹 I2C 從協(xié)議的基礎(chǔ)知識(shí)。然后讀者應(yīng)該更好地了解 MSSP 模塊以及它如何用于 I2C 總線上的從機(jī)通信。還將提供代碼示例以幫助讀者將模塊實(shí)現(xiàn)到他們自己的設(shè)計(jì)中。

I2C 總線規(guī)范

內(nèi)部集成電路 (I2C) 總線是由 Philips? Inc. 開(kāi)發(fā)的廣泛使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用于在集成電路（例如串行 EEPROM 或其他微控制器）之間傳輸數(shù)據(jù)。設(shè)備在主/從環(huán)境中通信，其中主設(shè)備始終發(fā)起通信，從設(shè)備通過(guò)尋址進(jìn)行控制。I2C 總線可以有一個(gè)或多個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備。主設(shè)備是在總線上發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，負(fù)責(zé)生成總線上使用的串行時(shí)鐘。任何尋址的設(shè)備都被視為從設(shè)備。I2C 協(xié)議支持 7 位或 10 位尋址模式。從 MSb 開(kāi)始，一次執(zhí)行 8 位數(shù)據(jù)傳輸。

總線的物理接口由兩條雙向開(kāi)漏線組成，一條線用于串行時(shí)鐘（SCL），另一條線用于串行數(shù)據(jù)（SDA）。每條線路都需要一個(gè)上拉電阻來(lái)為線路提供電壓。將線拉到地面被認(rèn)為是邏輯低點(diǎn)，而讓線浮動(dòng)被認(rèn)為是邏輯高點(diǎn)。當(dāng)總線空閑時(shí)，SDA 和 SCL 均為邏輯高電平。數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下高達(dá) 100 kbits/s，在快速模式下高達(dá) 400 kbits/s，在快速模式 Plus 下高達(dá) 1 Mbits/s，或在高速模式下高達(dá) 3.4 Mbits/s模式。在時(shí)鐘的高電平期間，SDA 線上的數(shù)據(jù)必須是穩(wěn)定的。SDA 線上的任何變化只能在 SCL 線上的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)發(fā)生。為每個(gè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位生成一個(gè)時(shí)鐘脈沖。

I2C 規(guī)范將啟動(dòng)條件定義為 SDA 線從高電平變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，而 SCL 線為高電平。啟動(dòng)條件始終由主機(jī)生成，表示總線從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換為活動(dòng)狀態(tài)。I2C 規(guī)范規(guī)定在開(kāi)始時(shí)不會(huì)發(fā)生總線沖突；但是，如果 MSSP 模塊在將 SDA 線置為低電平之前對(duì)其進(jìn)行采樣，則可能會(huì)發(fā)生總線沖突。

停止條件是 SDA 線從低到高狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，而 SCL 線為高。在停止有效之前，必須至少出現(xiàn)一個(gè) SCL 低電平時(shí)間。因此，如果 SDA 線變?yōu)榈碗娖?，然后再次變?yōu)楦唠娖?，?SCL 線保持高電平，則僅檢測(cè)到啟動(dòng)條件。

圖 1 I2C 啟動(dòng)和停止條件

只要停止有效，重新啟動(dòng)或重復(fù)啟動(dòng)就有效。如果主機(jī)希望在終止當(dāng)前傳輸后保持總線，它可以發(fā)出重新啟動(dòng)。Restart 對(duì)從機(jī)具有與 Start 相同的效果，重置所有從機(jī)邏輯并準(zhǔn)備它在地址中計(jì)時(shí)。主站可能想要尋址同一個(gè)或另一個(gè)從站。這對(duì)于許多 I2C 外設(shè)很有用，例如非易失性 EEPROM 存儲(chǔ)器，其中 I2C 寫(xiě)操作和讀操作連續(xù)完成。在這種情況下，寫(xiě)操作指定要讀取的地址，讀操作獲取數(shù)據(jù)字節(jié)。由于主設(shè)備在將內(nèi)存地址寫(xiě)入設(shè)備后并沒(méi)有釋放總線，因此執(zhí)行一個(gè)Restart序列來(lái)讀取內(nèi)存地址的內(nèi)容。

圖 2 I2C 重啟條件

在 10 位尋址從機(jī)模式下，主機(jī)需要重啟才能將數(shù)據(jù)從尋址的從機(jī)中取出。一旦從設(shè)備被完全尋址，匹配高地址字節(jié)和低地址字節(jié)，主設(shè)備就可以發(fā)出重啟并發(fā)送設(shè)置了 R/W 位的高地址字節(jié)。然后從邏輯將保持時(shí)鐘并準(zhǔn)備輸出數(shù)據(jù)。在 10 位模式下與 R/W 清除完全匹配后，設(shè)置并保持先前??匹配標(biāo)志。在停止條件之前，具有 R/W 清除或高地址匹配的高地址失敗。

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