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ST9+系列單片機(jī)I2C總線驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2010-7-31 23:31    發(fā)布者:conniede
串行擴(kuò)展總線 ST9+ 總線驅(qū)動(dòng)
  
串行擴(kuò)展總線技術(shù)是新一代單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn),其中Philips公司推出的
  
I2C總線最為著名。I2C總線最顯著的特點(diǎn)是規(guī)范的完整性、結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性和用戶使用時(shí)的簡單化。
  
I2C總線有嚴(yán)格的規(guī)范,如接口的電氣特性、信號(hào)時(shí)序、信號(hào)傳輸?shù)亩x、總線狀態(tài)設(shè)置、總線管理規(guī)則及總線狀態(tài)處理等。與并行擴(kuò)展總線相比,串行擴(kuò)展總線有突出的優(yōu)點(diǎn):電路結(jié)構(gòu)簡單,程序編寫方便,易于實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)軟硬件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化等。


目前I2C總線技術(shù)已為許多著名公司所采用,并廣泛應(yīng)用于視頻、音頻系統(tǒng)中。推廣I2C總線技術(shù)將有助于提高我國單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)水平。意法半導(dǎo)體公司(SGS-THOMSON)是全球十大半導(dǎo)體制造商之一,其領(lǐng)先單片機(jī)產(chǎn)品ST9+系列是目前功能比較全面且支持通信協(xié)議較多的一款產(chǎn)品,支持包括I2C、USB在內(nèi)的多種通信協(xié)議。本文以ST9+系列單片機(jī)中的ST92163為例,闡述其對I2C總線的支持方式,并給出在ST92163單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)I2C總線協(xié)議的程序流程和方法。

1 ST9+系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)及其對I2C總線的支持

1.1 ST9+系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

ST92163單片機(jī)是ST9+系列單片機(jī)中的典型產(chǎn)品,

如圖1所示。本文以該款單片機(jī)為例介紹ST9+系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品為8位/16位兼容單片機(jī),片內(nèi)含20KB的ROM和2 KB的RAM,主頻24 MHz,擁有256個(gè)寄存器,最大內(nèi)存尋址4MB,支持I2C、SPI以及USB在內(nèi)的多種串行通信協(xié)議,在視頻、音頻等方面具有廣泛的應(yīng)用。其256個(gè)寄存器分為224個(gè)通用寄存器、16個(gè)系統(tǒng)寄存器和16個(gè)頁寄存器。其中16個(gè)頁寄存器對應(yīng)64頁,可通過改變當(dāng)前頁來切換不同功能的16個(gè)頁寄存器。

1.2 ST9+系列單片機(jī)對I2C總線的支持

ST9+支持2種模式的I2C總線,包括100 kHz的標(biāo)準(zhǔn)I2C模式和400kHz的快速I2C模式。同時(shí)ST9+系列單片機(jī)也支持7位和10位2種長度的地址碼,并采用DMA的方式使對單片機(jī)處理時(shí)間的占用降到最小。除此之外,ST9+為支持I2C總線協(xié)議還具備以下特征:內(nèi)部并行總線與I2C串行總線的轉(zhuǎn)換、總線上多主器件的支持和接收或者發(fā)送標(biāo)志產(chǎn)生、發(fā)送或接收數(shù)據(jù)完畢標(biāo)志產(chǎn)生、發(fā)送過程中錯(cuò)誤檢測以及支持錯(cuò)誤發(fā)生后產(chǎn)生中斷等。

針對主器件模式,ST9+系列單片機(jī)還增加了總線時(shí)鐘產(chǎn)生、總線忙標(biāo)志產(chǎn)生、開始位標(biāo)志檢測、總線仲裁丟失標(biāo)志產(chǎn)生以及開始和結(jié)束標(biāo)志產(chǎn)生等特征。而針對從設(shè)備,ST9+也有相關(guān)特征支持,包括有停止位標(biāo)志檢測、設(shè)備地址編程、發(fā)送錯(cuò)誤檢測、數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完畢標(biāo)志產(chǎn)生和開始或結(jié)束錯(cuò)位檢測等特征。

ST9+系列單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)I2C總線協(xié)議的寄存器共有16個(gè),如圖2所示。其中初始化寄存器6個(gè),包括I2C自地址寄存器I2COAR1和I2COAR2、地址調(diào)用寄存器I2CADR、時(shí)鐘控制寄存器I2CCCR和I2CECCR以及控制寄存器I2CCR;數(shù)據(jù)發(fā)送和接收寄存器4個(gè),包括數(shù)據(jù)寄存器I2CDR、控制寄存器I2CCR、狀態(tài)寄存器I2CSR1和I2CSR2;I2C相關(guān)中斷和DMA寄存器7個(gè),包括中斷狀態(tài)寄存器I2CISR、中斷掩碼寄存器I2CIMR、中斷向量寄存器I2CIVR、接收DMA地址指針寄存器I2CRDAP、接收DMA事務(wù)計(jì)數(shù)寄存器I2CRDC、發(fā)送DMA地址指針寄存器I2CTDAP以及發(fā)送DMA事務(wù)計(jì)數(shù)寄存器I2CTDA。這16個(gè)寄存器均為頁寄存器,并放在同一頁中。

以上寄存器中,數(shù)據(jù)寄存器I2CDR、控制寄存器I2CCR、狀態(tài)寄存器I2CSR1和I2CSR2是最基本的4個(gè)寄存器,通過這4個(gè)寄存器的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)基本的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。這4個(gè)寄存器的具體情況如圖3、4、5所示。

PE為外設(shè)使能位,ENGC為從設(shè)備模式使能位,START為開始標(biāo)志使能位,ACK為響應(yīng)使能位,STOP為結(jié)束標(biāo)志使能位,ITE為中斷使能位。

EVF為事件標(biāo)志位,ADD10為10位長度地址位,TRA為區(qū)別發(fā)送或接收狀態(tài)位,BUSY為總線忙標(biāo)志位,BTF為數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標(biāo)志位,ADSL為從設(shè)備地址匹配標(biāo)志位,M/SL為區(qū)別主從設(shè)備位,SB為開始標(biāo)志位。

ADDTX為地址應(yīng)答標(biāo)志位,AF為應(yīng)答失敗標(biāo)志位,STOPF為從設(shè)備檢測到停止標(biāo)志位,ARLO為總線仲裁丟失標(biāo)志位,BERR為總線忙錯(cuò)誤標(biāo)志位,GCAL為普通地址調(diào)用匹配標(biāo)志位。

I2C數(shù)據(jù)寄存器I2CDR為存放待發(fā)數(shù)據(jù)或接收到數(shù)據(jù)的緩沖區(qū),在下一個(gè)要發(fā)送或者接收的字節(jié)數(shù)據(jù)到來之前必須清空。

2 程序?qū)崿F(xiàn)

2.1 編譯工具

ST9+系列單片機(jī)I2C總線協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序采用ANSI C語言編寫,使用GNU組織的GCC編譯器編譯、鏈接生成所需要的十六進(jìn)制文件。

GCC編譯器是自由軟件組織發(fā)布的多平臺(tái)支持的C語言編譯器,ST9+系列單片機(jī)編程使用的GCC9版本,包括了用于C語言編譯的CC9、用于匯編語言編譯的GAS9、用于鏈接的LD9和宏匯編解釋器TR9等模塊。圖6 為GCC9編譯、鏈接流程圖。

2.2 程序設(shè)計(jì)及流程

為了實(shí)現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能,定義以下幾個(gè)函數(shù):對I2C主要寄存器初始化的I2C_INIT函數(shù)、發(fā)送數(shù)據(jù)的I2C_TX函數(shù)、接收數(shù)據(jù)的I2C_RX函數(shù)、發(fā)送從設(shè)備地址的I2C_SEND_DEVICEID函數(shù)以及開始標(biāo)志I2C_START函數(shù)和結(jié)束標(biāo)志I2C_STOP函數(shù)。


I2C_INIT函數(shù)中主要完成I2C控制寄存器I2CCR的設(shè)置。I2C數(shù)據(jù)寄存器I2CDR的清空以及I2C時(shí)鐘寄存器I2CCCR的I2C工作頻率設(shè)置等工作,以選擇所需要的I2C工作模式。I2C_START函數(shù)中主要完成對I2C控制寄存器I2CCR的START位的置位,并等待I2C狀態(tài)寄存器I2CSR1的START標(biāo)志位被系統(tǒng)置位。I2C_STOP函數(shù)中主要完成對I2C控制寄存器I2CCR的STOP位的置位,以允許當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后系統(tǒng)對I2C狀態(tài)寄存器I2CSR1的STOP標(biāo)志位置位。

I2C_TX函數(shù)則是把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入I2C數(shù)據(jù)寄存器I2CDR中發(fā)送,并在系統(tǒng)對I2C狀態(tài)寄存器I2CSR1的BTF標(biāo)志位置位后退出此函數(shù)。同理,I2C_RX函數(shù)則從I2C數(shù)據(jù)寄存器I2CDR中取出通過I2C總線接收到的數(shù)據(jù),在系統(tǒng)對I2C狀態(tài)寄存器I2CSR1的BTF標(biāo)志位置位后退出此函數(shù)。I2C_SEND_DEVICEID函數(shù)目的在于發(fā)送從設(shè)備地址,并決定是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖7為I2C發(fā)送、接收程序流程圖。

3 結(jié) 論

ST9+系列單片機(jī)能夠很好地支持I2C總線協(xié)議,可以實(shí)現(xiàn)I2C總線協(xié)議規(guī)定的全部功能和要求,并且在其上實(shí)現(xiàn)I2C總線協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序簡單、直觀和高效。在使用了大量I2C器件的單片機(jī)系統(tǒng)中,可以選用意法半導(dǎo)體公司的ST9+系列單片機(jī)作為其核心器件。
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