基于GAL的I2C總線時(shí)序模擬

FI1200 MK2系列電視信號(hào)前端處理器是飛利浦公司專為計(jì)算機(jī)多媒體環(huán)境下的射頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。FI1256 MK2是該系列中的一個(gè)型號(hào)，它體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，可直接從射頻信號(hào)解調(diào)出視頻信號(hào)和音頻信號(hào)，且只需單一5V電源，因而可在圖文電視接收、有線電視信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)等許多場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。筆者曾用它開發(fā)出圖文電視接收卡、電視信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)等多種設(shè)備。

　　FI1256 MK2可通過I2C串行總線接口進(jìn)行編程控制。當(dāng)使用單片機(jī)進(jìn)行編程控制時(shí)，帶有I2C接口的單片機(jī)可以與FI1256 MK2直接連接，沒有I2C接口的單片機(jī)可以用I/O口線模擬I2C總線的時(shí)序。但是FI1256 MK2在計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡中使用時(shí)，為了節(jié)省成本，通過計(jì)算機(jī)的總線直接對(duì)其進(jìn)行編程控制時(shí)，就需要用計(jì)算機(jī)的總線模擬出I2C總線的時(shí)序。本文給出了用可編程邏輯器件GAL配合ISA總線模擬I2C總線時(shí)序來對(duì)FI1256 MK2進(jìn)行控制的方法。該方法與PCI總線進(jìn)行模擬的方法相類似。

　　1 I2C總線操作方式

　　I2C總線是被廣泛應(yīng)用的串行多主控器總線，它可以讓多個(gè)有控制總線能力的器件連接到總線上。I2C總線通過串行數(shù)據(jù)(SDA)和串行時(shí)鐘(SCL)兩條線使連接在該總線上的器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)器件的識(shí)別由一特定地址確定。除了作為發(fā)送器和接收器外，該器件還可以被設(shè)定為主控器和被控器。主控器用于啟動(dòng)總線上的數(shù)據(jù)發(fā)送，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)鐘信號(hào)，其他被尋址的器件均認(rèn)為是被控器。SDA線和SCL線都是雙向傳輸線，它們各通過一個(gè)上拉電阻連接到正電源。當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，兩條線均處于高電平。連接到總線的器件輸出級(jí)必須是集電極開路或漏極開路，以用來產(chǎn)生“線與”功能便于多個(gè)器件的接入。在標(biāo)準(zhǔn)方式下，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)100kbps，在快速方式下則可達(dá)到400kbps。連接到總線上的器件數(shù)量只受400pF的總線電容的限制。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，SDA線上的數(shù)據(jù)在SCL為高電平期間必須是穩(wěn)定的，只有在SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)才可以改變。當(dāng)SCL線保持高電平時(shí)，通常把SDA線上由高到低和由低到高的電平變化分別定義為開始條件和停止條件。主控器啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，總是先給出開始條件，然后傳輸若干字節(jié)的數(shù)據(jù)，最后給出停止條件以結(jié)束一次數(shù)據(jù)傳輸過程。圖1是帶有開始和停止條件的只傳輸一個(gè)字節(jié)的總線時(shí)序。

　　2 模擬I2C總線時(shí)序

　　可編程邏輯器件是近二十年發(fā)展起來的專用集成電路的一個(gè)分支，是設(shè)計(jì)新型數(shù)字系統(tǒng)的理想器件。它不僅速度快，集成度高，而且具有用戶可定義的邏輯功能，有的還可以加密，并可以重復(fù)編程，因此，它不僅能適應(yīng)各種應(yīng)用需要，而且可以大大簡(jiǎn)化硬件系統(tǒng)，降低成本，提高系統(tǒng)的靈活性、可靠性和保密性，所以，近年來得到了迅速的發(fā)展。在各種可編程邏輯器件中，以CPLD功能最為強(qiáng)大，但價(jià)格較高，使用也較為復(fù)雜。而GAL不但有相當(dāng)強(qiáng)的功能和足夠的靈活性，而且編程控制容易(可使用普通的編程器)，價(jià)格很低，接近通用集成電路，故在數(shù)字邏輯不是非常復(fù)雜的系統(tǒng)中使用GAL是非常合適的。

　　用計(jì)算機(jī)的ISA總線對(duì)FI1256 MK2進(jìn)行編程控制時(shí)，可以將FI1256 MK2作為一個(gè)外設(shè)，然后用兩根數(shù)據(jù)線模擬SCL和SDA。需要注意的是：由于計(jì)算機(jī)速度高，總線周期短，達(dá)不到I2C總線的定時(shí)要求，因此要在總線周期過后進(jìn)行延時(shí)，這樣總線上出現(xiàn)的高阻狀態(tài)或與其它設(shè)備的通信數(shù)據(jù)就會(huì)破壞I2C的時(shí)序，所以應(yīng)將SDA和SCL的狀態(tài)鎖存，以滿足I2C總線的定時(shí)要求。圖2是用GAL實(shí)現(xiàn)ISA與I2C接口電路的設(shè)計(jì)方案。由于對(duì)FI1256 MK2的操作一般只是寫入編程控制字節(jié)，因此，為簡(jiǎn)單起見，該電路只用來實(shí)現(xiàn)將計(jì)算機(jī)作為主控器的寫操作時(shí)序。