1 导言
I2C总线是PHILIPS公司推出的新一代串行总线，因为其结构简略、灵敏，各结点具有独立的电气特性，可完结电路的模块化、规范化而被广泛使用。现在许多MCU都带有I2C总线接口，对没有I2C总线的MCU，可选用软件模仿，有通用软件包能够运用，但功用比较简略。在MCU（以Motorola 68000系列为例）和CPLD电子体系规划中，使用CPLD器材资源，依照I2C总线协议规范形式，规划了功用完善的I2C总线操控器，给出了规划思路和完结办法。
2 I2C总线操控器的规划与完结
2．1 I2C总线操控器的原理图
I2C总线操控器的规划选用VHDL言语描绘，经编译、归纳、适配，下载到详细的CPLD方针器材中，即可完结I2C总线操控器功用。其原理图如图一所示，该规划包含MCU接口和I2C总线接口两大部分。
2．2微处理器（MCU）接口逻辑的规划
MCU接口逻辑包含：地址译码/总线接口、状况寄存器（MBSR）、操控寄存器（MBCR）、地址寄存器（MADR）和数据寄存器（MBDR）等组成。I2C总线操控器的微处理器接口支撑异步字节数据传输协议，该协议的履行是经过MCU对I2C总线操控器中有关寄存器读写完结的，MCU读写协议如图二所示。
2．2．1地址译码/总线接口的规划
在I2C总线操控器中对MCU数据读/写协议的履行由MCU总线接口状况机完结，整个状况机包含闲暇状况、地址译码状况、数据传输状况和应对状况。当MCU设置读/写操作、输出要拜访的I2C操控器中寄存器地址信号，并使地址选通信号有用时，状况机从闲暇状况进入地址译码状况。若I2C操控器中寄存器被寻址且数据选通信号有用，状况机从地址译码状况进入数据传输状况：假如是读周期，I2C操控器将被拜访的寄存器中数据放置在MCU接口总线上；假如是写周期，I2C操控器将从MCU接口总线取数据锁存到I2C操控器的内部被拜访的寄存器中，状况机主动进入应对状况，此刻，DTACK信号有用标明，假如是读周期，MCU即可从MCU接口总线读取数据；假如是写周期，数据已锁存到I2C的内部寄存器中。
2．2．2 MCU接口特别功用寄存器的功用
MCU接口地址线共24根，其中高16位为基址（MBASE），用于确认I2C操控器的地址，低8位为MCU接口中特别功用寄存器的地址。
1）地址寄存器（MADR）：寄存器地址为MBASE+$8Dh，寄存I2C操控器作业在从机形式时的从机地址。从机地址占高7位，最低位未用。
2） 操控寄存器（MBCR）：寄存器地址为MBASE+$91h，发生操控信号，各位功用如下：
MEN：I2C操控器使能。该位为1时，操控寄存器的其他各位才有用；MIEN：中止使能；
MSTA：主/从形式转化。当MCU使该位从0变为1，I2C进入主机形式，并发生开始条件；若清0，发生中止条件，并转化为从机形式；
MTX：主机发送/接纳形式挑选。置1，主机发送，清0，主机接纳；
TXAK：传输应对使能。置1，无应对；清0，有应对；
RSTA：重复开始条件。I2C操控器在主机形式，写入1，发生重复开始条件；若总线被其他主机占用，写入1时，读回0。
3）状况寄存器（MBSR）：寄存器地址为MBASE+$93h，各位设置与功用如下：
MCF：数据传送标志位，当一字节数据正在传输时，为0，一字节数据传输完毕，置1；
MASS：从机地址寻址标志位。当I2C操控器中地址寄存器的值与I2C总线传输的地址匹配时，置1，否则为0；
MBB：I2C数据总线忙标志位；
MAL：裁定丢掉标志位。当I2C操控器裁定丢掉时，由硬件置1，MCU的软件清0；
SRW：从机读/写标志位。I2C作业于从机形式，主机从I2C操控器读，置1；写，清0；
MIF：中止恳求标志位。当MIEN置1，且有中止恳求时，该方位1，在MCU的中止服务程序中，由软件清0；
RXAK：接纳应对信号标志位。有应对信号接纳，置1；无应对信号接纳，清0。
4） 数据寄存器（MBDR）：寄存器地址为MBASE+$95h，在物理上，数据寄存器映射成两个独立的寄存器，一个用于发送数据，一个用于接纳数据，当MCU拜访它们时，两个寄存器共用一个地址。
2．3 I2C接口逻辑的规划
I2C接口首要包含：主状况机、开始条件/中止条件/SCL时钟信号的生成、裁定/开始条件/中止条件的检测、I2C状况寄存器、I2C数据寄存器、地址比较、和I2C标题寄存器模块等组成。
2．3．1裁定、开始条件/中止条件的检测
I2C操控器在下列状况将发生裁定丢掉：1） I2C操控器在主机形式，在地址或数据发送周期，当主机发送“1”，但在数据线上的采样值“0”；2） I2C操控器在主机接纳形式，在数据接纳周期的应对位，当主机发送“1”，但在数据线的上采样值“0”；3）当总线忙时，MCU妄图发生开始条件；4） I2C操控器在从机形式，MCU妄图发生重复开始条件；5） I2C操控器在主机形式，没有发生中止恳求，但检测到中止条件。当I2C操控器检测到开始条件时，数据总线忙标志方位1，检测到中止条件时，数据总线忙标志位清0。
2．3．2 SCL、SDA、开始、中止条件的发生
该模块完结如下功用： 1）答应任何主机操控总线，一旦I2C总线操控器操控总线，将发生开始条件；2）发生SCL串行时钟信号，且对SCL进行逐位裁定，满意时钟同步协议；3）I2C总线操控器在发送形式时从数据寄存器（MBDR）发送数据到SDA数据线上；4）若I2C总线操控器检测到裁定丢掉，将持续发生SCL信号直到丢掉裁定的该字节结尾；5）当有重复开始条件和中止条件恳求时，发生重复开始条件和中止条件。
2．3．3 I2C接口主状况机
I2C接口主状况机如图三所示，不管I2C操控器作业于主机仍是从机形式，这个状况机都适用。当裁定丢掉或作为从机被寻址时，I2C操控器当即从主机形式转化为从机形式。
在HEADER状况，I2C作业在主机形式时，一方面从数据寄存器（MBDR）发送标题到I2C总线上，另一方面将I2C数据线上的数据逐位接纳到标题移位寄存器内，当8位数据悉数移入时，进入ACK_HEADER状况。在ACK_HEADER状况，I2C操控器于主机形式，采样SDA的值， 然后决议是否有从机应对，假如从机不应对，进入STOP状况，等候生成中止条件；假如从机有应对，标题移位寄存器中最低位决议I2C操控器是接纳仍是发送数据，状况转化到RCV_DATA或XMIT_DATA状况。一起，不断地将地址寄存器（MADR）的值与标题移位寄存器的值进行比较，若地址匹配，I2C操控器作为从机被寻址并当即转化为从机形式。状况寄存器（MBSR）中的从机寻址标志位MAAS置位，将TXAK位发送到SDA线上应对当时的主机，相同标题移位寄存器中最低位决议数据传送方向和下一状况。
3 结语
本文依据I2C总线规范的规范形式，在MCU和CPLD归纳使用体系中规划了I2C总线操控器。在实践使用体系中嵌入该IP核，能够节省本钱，进步体系的适用范围和可靠性，具有很高的参阅规划价值和工程实用价值。
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