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

　　采用I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的I2C器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且實(shí)現(xiàn)了將內(nèi)部各單元按功能劃分為若干相對(duì)應(yīng)獨(dú)立的模塊，通過(guò)軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU不僅能通過(guò)指令將某個(gè)功能單元掛靠和摘離總線，還可對(duì)單元的工作狀況進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單和靈活的擴(kuò)展和控制。I2C接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　I2C總線上的時(shí)鐘信號(hào)

　　在I2C總線上傳送信息時(shí)的時(shí)鐘同步信號(hào)是由掛接在SCL時(shí)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(gè)器件的時(shí)鐘信號(hào)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(kāi)始低電平期。此時(shí)，低電平周期短的器件的時(shí)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(jìn)入高電平等待的狀態(tài)。

　　當(dāng)所有器件的時(shí)鐘信號(hào)都上跳為高電平時(shí)，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(shí)開(kāi)始它們的高電平期。其后，第一個(gè)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(gè)同步時(shí)鐘?？梢?jiàn)，時(shí)鐘低電平時(shí)間由時(shí)鐘低電平期到最長(zhǎng)的器件確定，而時(shí)鐘高電平期由時(shí)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(guò)程中，必須確認(rèn)數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始和結(jié)束。在I2C總線技術(shù)規(guī)范中，開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)(也稱啟動(dòng)和停止信號(hào))的定義如圖3所示。

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

　　I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開(kāi)始信號(hào)后，送出的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是用來(lái)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(xiě)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(kāi)始信號(hào)后，系統(tǒng)中的各個(gè)器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進(jìn)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(jì)

　　由于DM6437和F28015都支持I2C接口，這使得I2C接口的硬件設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單，只需將各自的信號(hào)線和時(shí)鐘線對(duì)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(shuō)明如下：

　?、?DM6437的M3和M2引腳分別對(duì)應(yīng)I2C_DATA和I2C_CLK,而F28015的GPIO32和GPIO33可以分別復(fù)用為I2C_DATA和I2C_CLK ?？紤]到阻抗不匹配等因素會(huì)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(gè)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(guò)一個(gè)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(jì)時(shí)將I2C_DATA和I2C_CLK總線通過(guò)上拉電R59和R60連接到了3.3V的Vcc電源上。