I2C總線通信技術(shù)在球形機器人雙DSP控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　采用I2C總線標準的I2C器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且實現(xiàn)了將內(nèi)部各單元按功能劃分為若干相對應(yīng)獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU不僅能通過指令將某個功能單元掛靠和摘離總線，還可對單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)簡單和靈活的擴展和控制。I2C接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　I2C總線上的時鐘信號

　　在I2C總線上傳送信息時的時鐘同步信號是由掛接在SCL時鐘線上的所有器件的連接“與”完成的。SCL線上由高電平到低電平的跳變將影響到這些器件，一旦某個器件的時鐘信號下跳為低電平，將使SCL線上一直保持低電平，使SCL線上的所有器件開始低電平期。此時，低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變并不能影響SCL線的狀態(tài)，于是這些器件將進入高電平等待的狀態(tài)。

　　當所有器件的時鐘信號都上跳為高電平時，低電平期結(jié)束，SCL線被釋放返回高電平，即所有的器件都同時開始它們的高電平期。其后，第一個結(jié)束高電平期的器件又將SCL線拉成低電平。這樣就在SCL線上產(chǎn)生一個同步時鐘?？梢姡瑫r鐘低電平時間由時鐘低電平期到最長的器件確定，而時鐘高電平期由時鐘高電平期最短的器件確定。

　　I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸

　　在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束。在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開始和結(jié)束信號(也稱啟動和停止信號)的定義如圖3所示。

　　當時鐘線SCL為高電平時，數(shù)據(jù)線SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號;當SCL線為高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)?ldquo;結(jié)束”信號。開始和結(jié)束信號都是由主器件產(chǎn)生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài);在結(jié)束信號以后的一段時間內(nèi)，總線被認為是空閑的。

　　I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位是地址碼，第8位是方向位(R/W)。方向位“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件;方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/W)確定。

　　I2C接口的硬件設(shè)計

　　由于DM6437和F28015都支持I2C接口，這使得I2C接口的硬件設(shè)計變得非常簡單，只需將各自的信號線和時鐘線對應(yīng)相連即可。雙DSP的I2C總線接口硬件連接圖如圖4所示。各引腳連接說明如下：

　?、?DM6437的M3和M2引腳分別對應(yīng)I2C_DATA和I2C_CLK,而F28015的GPIO32和GPIO33可以分別復用為I2C_DATA和I2C_CLK 。考慮到阻抗不匹配等因素會影響總線數(shù)據(jù)傳輸效果，因此還應(yīng)該在I2C_DATA和I2C_CLK 的直連線路上各串聯(lián)一個小電阻(R107和R108)。

　?、?由3.1.1節(jié)的I2C總線結(jié)構(gòu)介紹可知，I2C_DATA和I2C_CLK是雙向電路，必須都通過一個電流源或上拉電阻連接到正的電源電壓。由于DSP的輸出CMOS電平為3.3V，所以在硬件設(shè)計時將I2C_DATA和I2C_CLK總線通過上拉電R59和R60連接到了3.3V的Vcc電源上。