《ARM Cortex-A9多核嵌入式系統(tǒng)開發(fā)教程》課件第十二章

I2C接口

I2C接口結構和特點

Exynos4412內部的I2C控制器I2C應用實例12第12章I2C接口12.1I2C接口結構和特點1.?I2C總線簡介I2C(InterIntergratedCircuit，也稱I2C)總線是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用來連接微控制器及其外圍設備，是微電子通信控制領域廣泛采用的一種總線標準。具有如下的特點：●具有兩條總線線路，即一條串行數(shù)據(jù)線SDA和一條串行時鐘線SCL。●每個連接到總線上的器件都可以通過唯一的地址聯(lián)系主機。●它是一個真正的多主機總線，數(shù)據(jù)傳輸通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞?！翊械?位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率更高。●連接到相同總線的IC數(shù)量只受到總線最大電容400?pF的限制。第12章I2C接口圖12.1I2C總線上多個設備互連示意圖第12章I2C接口2.?I2C總線相關術語表12.1I2C總線相關術語第12章I2C接口3.

I2C總線的信號類型I2C總線在傳送數(shù)據(jù)的過程中共有三種類型的信號：啟動信號、結束信號和響應信號。(1)啟動信號(S)：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳輸數(shù)據(jù)。(2)停止信號(P)：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳輸數(shù)據(jù)。(3)響應信號(ACK)：接收器在接收到8位數(shù)據(jù)后，在第9個時鐘周期時，拉低SDA電平。第12章I2C接口圖12.2啟動信號和停止信號示意圖第12章I2C接口圖12.3應答信號(ACK)第12章I2C接口4.?I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸格式在一次傳輸?shù)倪^程中，主機先發(fā)出S信號，然后發(fā)出8位數(shù)據(jù)。這8位數(shù)據(jù)中前7位為從機的地址，第8位表示傳輸?shù)姆较?0表示寫操作，1表示讀操作)。被選中的從機發(fā)出應答信號。緊接著傳輸一系列字節(jié)及其響應位。最后，主機發(fā)出P信號，結束本次傳輸。圖12.5所示為I2C總線數(shù)據(jù)傳輸格式。第12章I2C接口圖12.5I2C總線數(shù)據(jù)傳輸格式第12章I2C接口注意：以下的三種情況，在傳輸完8位數(shù)據(jù)之后不會有ACK信號的產(chǎn)生。當從機不能響應從機地址時(例如它正忙于其他事而無法響應I2C總線的操作，或者找到的地址沒有對應的從機)，在第9個SCL周期內SDA線沒有被拉低，即沒有ACK信號。(2)如果從機接收器在傳輸過程中不能接收更多的數(shù)據(jù)，它也不會發(fā)出ACK信號。(3)主機接收器在接收到最后一個字節(jié)后，也不會發(fā)出ACK信號。第12章I2C接口5.?I2C總線的尋址方式

7位尋址

第一個字節(jié)的開始7位組成從機地址，最低位(LSB)是第8位，它決定了普通的和帶重復開始條件的7位地址格式的方向。第一個字節(jié)的最低位是“0”時，表示主機寫信息到被選中的從機；第一個字節(jié)的最低位是“1”時，表示主機從從機讀信息。當發(fā)送了一個地址后，系統(tǒng)中的每個器件都在起始條件后將前7位與自己的地址比較，如果一樣，器件會判定它被主機尋址。至于是從機接收器還是從機發(fā)送器，都由R/W位決定。第12章I2C接口2)

10位尋址10位從機地址由在起始條件或者重復起始條件后的前兩個字節(jié)組成。第一個字節(jié)的前7位是1110xx的組合，其中最后兩位xx是10位地址的兩個最高位(MSB)。第一個字節(jié)的第8位是R/W位，決定了傳輸?shù)姆较?，第一個字節(jié)的最低位是“0”時，表示主機寫信息到被選中的從機；第一個字節(jié)的最低位是“1”時，表示主機從從機讀信息。如果R/W位是“0”，則第二個字節(jié)是10位從機地址剩下的8位；如果R/W位是“1”，則下一個字節(jié)是從機發(fā)送給主機的數(shù)據(jù)。第12章I2C接口12.2Exynos4412內部的I2C控制器12.2.1I2C簡介Exynos4412支持多主機的I2C串行總線接口，支持主機發(fā)送、主機接收、從機發(fā)送和從機接收四種模式。其特性如下：●

9通道I2C接口，其中8通道為通用的，1通道專用于高清多媒體接口(HDMI)。●

7位尋址模式?！裰С执?位雙向傳輸?！裰С指哌_100Kb/s的標準傳輸模式和400Kb/s的快速傳輸模式?！裰С种袛嗪筒樵兪录?。第12章I2C接口圖12.6I2C串行總線接口內部結構第12章I2C接口Exynos4412提供了4個寄存器進行配置和控制I2C操作。SDA線上的數(shù)據(jù)從I2CDS寄存器發(fā)出，或者傳入I2CDS寄存器。I2CADD寄存器中保存Exynos4412作為從機時的地址。I2CCON、I2CSTAT兩個寄存器用來控制和標識各種狀態(tài)，比如選擇工作模式，發(fā)送S信號、P信號，決定是否發(fā)出ACK信號，檢測是否收到ACK信號等。

第12章I2C接口12.2.2I2C相關寄存器Exynos4412I2C總線控制寄存器主要有控制寄存器I2CCONn、狀態(tài)寄存器I2CSTATn、地址寄存器I2CADDn、收/發(fā)數(shù)據(jù)移位寄存器I2CDSn和多主機線控寄存器I2CLCn。每類寄存器針對8個通道各有一個與之對應，即上述寄存器中的n，其取值為0～7。第12章I2C接口1.控制寄存器I2CCONn(n?=?0～7)該類寄存器用于配置8個I2C通道的時鐘和使能等功能，如表12.2所示。表12.2控制寄存器I2CCONn(n

=

0～7)第12章I2C接口2.狀態(tài)寄存器I2CSTATn(n

=

0～7)該類寄存器用于標示I2C的運行狀態(tài)等，如表12.3所示。表12.3狀態(tài)寄存器I2CSTATn(n

=

0～7)第12章I2C接口3.從機地址寄存器I2CADDn(n

=

0～7)該類寄存器用于配置I2C的7位從機地址，如表12.4所示。表12.4從機地址寄存器I2CADDn(n

=

0～7)第12章I2C接口4.數(shù)據(jù)收/發(fā)移位寄存器I2CDSn(n

=

0～7)該類寄存器用于存儲I2C收/發(fā)的數(shù)據(jù)，如表12.5所示。表12.5數(shù)據(jù)收/發(fā)移位寄存器I2CDSn(n

=

0～7)第12章I2C接口12.3I2C應用實例

本節(jié)通過Exynos4412的I2C對E2PROM芯片AT24C02的操作，介紹I2C的編程方法。AT24C02A/04A/08A/16A是存儲容量為2K/4K/8K/16K位(bit)的E2PROM，支持電擦除、電燒寫，支持I2C總線接口協(xié)議等。第12章I2C接口圖12.7Exynos4412的I2C與E2PROM芯片AT24C02電路接線圖第12章I2C接口12.3.1基本操作單字節(jié)寫操作

字節(jié)寫時序依次要發(fā)送器件的地址(包括LSB用于讀/寫標識，0標識為寫，1標識為讀)、器件片內數(shù)據(jù)寫入地址和寫入的8位數(shù)據(jù)。AT24C02接收到上面的每一次地址或數(shù)據(jù)，都會返回一個應答信號ACK。當AT24C02接收完成最后一個數(shù)據(jù)并返回ACK應答信號時，I2C主機必須產(chǎn)生停止位來結束寫時序。接下來的這個函數(shù)的功能是寫一個字節(jié)到24C02。第12章I2C接口voidiic_write_24c02(ucharSlaveAddr,ucharAddr,ucharData) { I2C0.I2CDS0=SlaveAddr;//裝載要寫入的目的地地址

//使能ACK；時鐘源PCLK/512；中斷使能；清中斷掛起標志；Tx時鐘 I2CCLK/(1+1) I2C0.I2CCON0=0xe1; I2C0.I2CSTAT0|=0xf0;//主發(fā)送模式；開始傳送；輸出使能

while(!(I2C0.I2CCON0&(1<<4)));//等待發(fā)送結束

I2C0.I2CCON0&=~(1<<4));//清除中斷掛起標志，恢復傳送

I2C0.I2CDS0=Addr;//裝載從機總線地址

while(!(I2C0.I2CCON0&(1<<4)));//等待發(fā)送結束

I2C0.I2CCON0&=~(1<<4));//清除中斷掛起標志，恢復傳送

I2C0.I2CDS0=Data;//裝載數(shù)據(jù)

while(!(I2C0.I2CCON0&(1<<4)));//等待發(fā)送結束

I2C0.I2CSTAT0=&=~(1<<5); //停止信號產(chǎn)生，釋放總線

I2C0.I2CCON0&~(1<<4);//清除中斷掛起標志，恢復傳送 }第12章I2C接口2.多字節(jié)寫操作AT24C02具有頁寫功能(多字節(jié)寫)，其存儲大小為2KB，支持8字節(jié)的連續(xù)寫入。芯片根據(jù)型號不同，其他型號支持不同大小的頁寫入。頁寫入時序和字節(jié)寫入時序大致一樣，只是在寫入第一個數(shù)據(jù)并接收到E2PROM的ACK應答時，主機不再發(fā)送停止位，而是繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)。第12章I2C接口3.當前地址讀操作

由于在E2PROM中維護了一個最新的器件片內數(shù)據(jù)寫入地址，當要讀取E2PROM當前地址的內部數(shù)據(jù)時，只需要傳送器件地址(包括LSB用于讀/寫，此時為1，標示讀方向)，E2PROM會將當前地址的內部數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。此后，主機不需要回復應答信號，但要發(fā)送一個停止位。第12章I2C接口4.隨機地址讀操作

隨機地址讀也就是指定地址讀。一旦有讀/寫操作，這個內部地址將發(fā)生改變。也就是說，其維護的是最新的內部訪問地址，而且這個自動更新操作是由內部數(shù)據(jù)地址計數(shù)器來完成的。內部數(shù)據(jù)地址自動更新的過程具有“回滾”特性。按照其操作時序，依次發(fā)送器件地址、要訪問的片內數(shù)據(jù)地址。接下來的這個函數(shù)的功能是從24C02讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)。第12章I2C接口voidiic_read_24c02(ucharSlaveAddr,ucharAddr,uchar*Data) { I2C0.I2CDS0=SlaveAddr; I2C0.I2CCON0=0xe1; I2C0.I2CSTAT0=0xf0;//主發(fā)送模式；開始傳送；輸出使能 while(!(I2C0.I2CCON0&(1<<4)));//等待發(fā)送結束 I2C0.I2CCON0&=~(1<<4))); //清除中斷掛起標志，恢復傳送 I2C0.I2CDS0=Addr;//裝載從機總線地址 while(!(I2C0.I2CCON0&(1<<4)));//等待發(fā)送結束 I2C0.I2CCON0&=~(1<<4); //清除中斷掛起標志，恢復傳送 I2C0.I2CDS0=SlaveAddr|0x01; I2C0.I2CSTAT0=0xb0; I2C0.I2CCON0&=~((1<<7)|(1<<4)); while(!(I2C0.I2CCON0&(1<<4)));//等待發(fā)送結束 *data=I2C0.I2CDS0;//讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù) I2C0.I2CSTAT0=&=~(1<<5);//停止信號產(chǎn)生，釋放總線 I2C0.I2CCON0&~(1<<4);//清除中斷掛起標志，恢復傳送 }第12章I2C接口12.3.2編程實例

通過編寫程序，將GPD1的GPD1[0]和GPD1[1]分別配置成I2C_0_SDA、I2C_0_SCL。采用字節(jié)寫的方式，向E2PROM的地址0循環(huán)寫入256B數(shù)據(jù)，然后采用隨機讀的方式，循環(huán)讀出0地址開始的256個剛寫入的數(shù)據(jù)，最后將其以串口的形式在終端打印出來。代碼如下所示：第12章I2C接口#defineN256intmain(

){ucharsrc[N],dst[N];

volatileinti,sum;

for(i=