CN105279130A - 一种对同地址的多个i2c器件进行操作的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对同地址的I2C器件进行操作的方法。本发明中首先需要实现一种总线接口模块。该模块将I2C的时钟SCL进行一对多的扩展，将I2C的数据信号SDA进行了一对一的驱动扩展。其次，在I2C的协议基础上，增加了全局模式的I2C控制和单点模式的I2C操作的协议。全局操作可同时对所有的I2C实现操作，包括其起始、停止及写操作，而单独的I2C操作的支持对指定I2C器件的起始、停止及读写操作。本发明特别适合于需要对多个相同I2C地址的设备同时发命令，然后顺序读取I2C器件的返回值的I2C操作模式，如传感器的同时数据采集。
Description
技术领域
本发明涉及一种对同地址的多个I2C(Inter-IntegratedCircuit，设备互联电路。由Philips公司首创，其他人有时候称为TWI总线)器件进行操作的方法，特别涉及多I2C器件的通信。
背景技术
在电子技术中,I2C总线是经常使用的通信接口，广泛应用在音视频、存储器及各类配置芯片中。I2C通信由主设备、从设备及由时钟信号和数据信号组成的双总线构成。对于从设备，主设备通过区分从设备的地址实现I2C操作。
I2C(英文为Inter-IntegratedCircuit，中文名称“设备互联电路”)由Philips公司首创，有时候也称为TWI总线。
在某些应用中，需要实现对同地址的多个I2C进行操作。此时，仅依靠地址无法实现对从设备的寻址及操作。因此，必须到其他的技术路径解决此类问题。目前主要的解决方法是利用FPGA等逻辑芯片实现一种I2C接口电路，其通常的做法是多路的I2C接口转换为主设备能够通信的一种接口。此方法的优点在于电路速度较快，缺点在于增加了FPGA芯片和编程的工作量，尤其是I2C接口部分需要实现可靠的I2C协议，工作量较大。
发明内容
本发明从此出发，提出一种对同地址的多个I2C器件进行操作的方法，具有实现简单，灵活可靠的优点，可满足相关I2C通信的要求。
根据本发明的一个方面，提供了一种对同地址的多个I2C器件进行操作的方法,其特征在于包括：
利用总线接口模块，将I2C的时钟信号进行一对多的扩展，将I2C的数据信号进行了一对一的驱动扩展
在I2C的协议基础上，进行全局模式操作和单点模式操作，
其中
全局模式操作可同时对所有的I2C器件实现包括起始、停止、读写的操作，
单点模式操作支持对指定I2C器件的起始、停止及读写操作，而不影响其他I2C器件的工作。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的对同地址的多个I2C器件进行操作的方法的接口模块的框图；
图2是根据本发明的一个实施例的对同地址的多个I2C器件进行操作的方法的全局模式的读写时序图；
图3是根据本发明的一个实施例的对同地址的多个I2C器件进行操作的方法的单点模式的读写时序图。
具体实施方式
针对需要实现对同地址的多个I2C进行操作的需求，本发明提供了一种对同地址的多个I2C器件进行操作的方法，其通过测量与计算得到接收机天线的灵敏度。该方法实现了一种总线接口模块。该模块将I2C的时钟信号进行一对多的扩展，将I2C的数据信号进行了一对一的驱动扩展。其次，在I2C的协议基础上，增加两种操作模式，分别是全局模式和单点模式。全局模式可同时对所有的I2C器件实现操作，包括其起始、停止及读写操作。单点模式支持对指定I2C器件的起始、停止及读写操作，而不影响其他I2C器件的工作。
本发明中的总线接口模块将主设备的I2C时钟信号进行一对多的扩展，将I2C的数据信号进行了一对一的驱动扩展。通过此种总线接口模式，将主机的时钟信号扩展为多路，而将主机的数据信号与I2C器件一一对应，为后续的全局模块和单点模式做好准备。
在总线接口模块实现的基础上，在I2C的协议基础上，增加了全局的I2C控制和单独的I2C操作的协议。全局操作可同时对所有的I2C器件实现操作，包括其起始、停止及写操作，而单独的I2C操作的支持对指定I2C器件的起始、停止及读写操作。
全局模式的I2C操作是在同一个I2C时钟作用下的所有数据信号的同时作用，包括起始、停止及读写操作：
a)全局起始操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时起始操作。
b)全局结束操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时结束操作。
c)全局读操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时读操作，而不必采用轮训操作。注意，在微处理器的实现中，I2C总线中主设备的ACK信号响应会比一对一的模式慢一些，因微处理器需对不同的信号线驱动ACK，以响应所有从设备的数据传递。
d)全局写操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时写操作，而不必采用轮训操作。注意，在微处理器的实现中，I2C主设备的ACK信号响应会比一对一的模式慢一些，因微处理器需对从设备的ACK信号进行判断。
单点模式的I2C操作特征在于时钟信号作用下的不同数据信号的动作不同，其基本原则在于对指定的I2C信号线进行正常输入和输出操作，而将不使用的I2C信号线设置为输入功能，从而无法实现对非指定的I2C器件的操作。单点模式的操作包括其起始、停止及读写操作：
a)单点起始操作：与普通I2C协议的一对一协议一致，其差别在于将非指定的I2C器件的数据信号首先设置为输入功能，然后实现对指定I2C器件的起始操作。
b)单点结束操作：与普通I2C协议的一对一协议一致，其差别在于将非指定的I2C器件的数据信号首先设置为输入功能，然后实现对指定I2C器件的结束操作。
c)单点读写操作：与普通I2C协议的一对一协议一致，其差别在于将非指定的I2C器件的数据信号首先设置为输入功能，然后实现对指定I2C器件的读写操作。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
总线接口模块
根据本发明的总线接口模块实现主从设备的I2C信号线的接口。从主设备端看，信号线分为时钟线和数据线两种。其中，主设备驱动I2C的时钟信号信号线(英文缩写为SCL)，其名称为主机时钟线，该信号线为单向的，只从主设备传输到从设备。I2C的数据信号线(英文缩写为SDA)A信号线，其名称为Master_SDA1主机信号线1到主机信号线Master_SDAn，该信号线为双向的，且如果有n个从设备，则个数为n个。从设备端看，信号线也包含时钟线和数据线两种，分别命名为对于n个从设备，则时钟线和数据线的个数都为n个。因此，总线接口模块具备两个功能，分别通过SCL信号和SDA信号模块实现。其中，SCL信号模块用于将主设备的时钟信号SC主机时钟线L线产生n个相同的从机SCL信号时钟线。SDA信号模块用于实现将主设备的n条SDA主机数据信号线和n个从设备的主机数据SDA信号线的直接对接或者进行处理。通过这种总线接口模块，实现了主设备与从设备的I2C信号线的对接。图1为根据本发明的一个实施例的一种总线接口模块的。图1中，左边的模块为主设备，即I2C总线中驱动时钟的设备；右边为n个从设备；中间包括SCL信号模块和SDA信号模块。其中，从设备的信号线包括单向输出的一个时钟信号线和双向的n路信号线；从设备都有2个独立的输入时钟信号线和双向的数据信号线(如从设备1，则其时钟信号线为从机时钟线1，其数据信号线为从机数据线1，其余类推)；SCL信号模块的输入为主机时钟线，输出为从机时钟线1到从机时钟线n；SDA信号模块实现n路主机数据线与n路从机信号线的接口。需要注意的是，此模块中主设备与从设备的数据信号SDA线是直接对接的。但有些时候可以进行总线交错或者驱动，也符合本专利的保护范围。
全局模式
当主设备以全局模式对从机设备操作时，这时所有的从设备都处于工作模式。主设备通过总线接口控制所有时钟信号线按照I2C协议正常操作，信号线同时赋相同的高低电平。全局操作包括起始、停止、总线响应及读写操作。总线响应根据数据线的方向确定，其基本原则是接收数据的需要作出总线响应，其响应信号分为正常接收和非正常接收两种，英文简写为ACK和NACK，深入解释可参考I2C的相关协议。因为从机设备的I2C地址相同，所以不会产生地址不匹配的因素。如附图2所示，为一种全局操作的示意图。其中，从设备的时钟线和主设备的时钟的时序是完全相同的；主设备的信号线和从设备的信号线相同，并且是一一对应的。此时，按照I2C协议对SDA信号线和SCL信号线进行操作，便可以同时对所有的从机设备进行操作。I2C中的ACK信号根据读写方向的不同，分别由主设备和从设备发出。当处于读模式，主设备应分别控制各从设备的数据线，以发送相应的ACK信号；当处于写模式，主机应分别读取从设备的数据线，以判断从设备是否成功响应。
单点模式
当主设备以单点模式对从机设备进行操作时，主设备的时钟线与全局模式相同；而对于数据线，只对要操作的从机设备的数据线操作，对于其余的SDA信号线，将其设置为上拉输入模式即可。这样其他从机设备的时钟线无论电平如何翻转，数据线都处于一个固定电平，因此，可以达到只对一个从机设备进行操作的目的，即单点模式。单点模式包括起始、停止、总线响应及读写操作，与全局模式相同。如附图3所示，为一种实现时序。附图3中，只对从设备1进行操作，所以从设备2到n的数据线都处于上拉电平，所以设备2到n不处于工作状态。其操作方法与标准的I2C协议相同，也可以操作全局模式，不再赘述。
本发明的优点和有益效果包括：本发明方法不需复杂的电路设计及程序编程，只需少量电路及在标准I2C协议的基础上增加全局模式和单点模式，具备可靠和容易实现的优点。在单点模式的基础上，也可以增加多点模式，以进一步增强灵活性。本发明特别适合于对多个I2C设备进行同时的场合，如多个传感器操作的场合，是一种低成本高灵活性的方案。
Claims (6)
1.一种对同地址的多个I2C器件进行操作的方法,其特征在于包括：
利用总线接口模块，将I2C器件的时钟信号进行一对多的扩展，将I2C器件的数据信号进行了一对一的驱动扩展
在I2C器件的协议基础上，进行全局模式操作和单点模式操作，
其中
全局模式操作可同时对所有的I2C器件实现包括起始、停止、读写的操作，
单点模式操作支持对指定I2C器件的起始、停止及读写操作，而不影响其他I2C器件的工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
所述总线接口模块包括SCL信号模块和SDA信号模块，用于实现主设备与从设备的I2C信号线的对接，
其中
SCL信号模块用于将主设备的时钟信号SCL线产生n个相同的SCL信号线，
SDA信号模块用于实现将主设备的n条SDA信号线和n个从设备的SDA信号线的直接对接或者进行处理。
3.根据权利要求2的方法，其中总线接口模块中主设备与从设备的数据信号SDA是直接对接的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于总线接口模块将主机的时钟信号扩展为多路，而将主机的数据信号与I2C器件一一对应，为后续的全局和单点模式做好准备。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于多个I2C器件的全局模式的I2C总线在同一个I2C时钟作用下的所有数据信号的同时作用，包括起始、停止及读写操作，其中：
a)全局起始操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时起始操作，
b)全局结束操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时结束操作，
c)全局读操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时读操作，而不必采用轮训操作，注意，在微处理器的实现中，I2C总线中主设备的ACK信号响应会比一对一的模式慢一些，因微处理器需对不同的信号线驱动ACK，以响应所有从设备的数据传递，
d)全局写操作：与基础I2C协议一对多的协议类似，差别在于I2C的地址是完全相同的，可实现对所有器件的同时写操作，而不必采用轮训操作。注意，在微处理器的实现中，I2C主设备的ACK信号响应会比一对一的模式慢一些，因微处理器需对从设备的ACK信号进行判断。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于单点模式的I2C操作的时钟信号作用下的不同数据信号的动作不同，其基本原则在于对指定的I2C信号线进行正常输入和输出操作，而将不使用的I2C信号线设置为输入功能，从而无法实现对非指定的I2C器件的操作，单点模式的I2C操作包括：
单点起始操作：与普通I2C协议的一对一协议一致，其差别在于将非指定的I2C器件的数据信号首先设置为输入功能，然后实现对指定I2C器件的起始操作，
单点结束操作：与普通I2C协议的一对一协议一致，其差别在于将非指定的I2C器件的数据信号首先设置为输入功能，然后实现对指定I2C器件的结束操作，
单点读写操作：与普通I2C协议的一对一协议一致，其差别在于将非指定的I2C器件的数据信号首先设置为输入功能，然后实现对指定I2C器件的读写操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160127 |