CN1821914A - I2c总线从控制器软实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种I2C总线从控制器软实现方法，其特征在于：将主控制器的SCL线直接连接至所述MCU的外部中断端口，由MCU的外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿和下降沿，或将主控制器的SCL线直接连接至MCU的一个外部中断端口，同时还连接至非门电路的输入端，由MCU的一个外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿，另一个外部中断端口或计数器的输入引脚检测来自主控制器的SCL时钟信号的下降沿，MCU不必花费大量的时间进行采样，接收数据速率是自适应，且接收数据的代码短，可节省大量的程序存储空间，提高系统的可靠性。本发明的应用范围是需要软实现I2C总线从控制器通信的场合，如电源控制单片机、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驱动器等器件。

Description

I2C总线从控制器软实现方法
技术领域
本发明涉及不同设备间的互连，尤其是涉及一种I2C总线从控制器软实现方法。
背景技术
采用统一标准的总线结构使不同设备间容易实现互连，以便部件和设备的扩充。随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善。由Philips公司推出的内置集成电路(Inter-Integrated Circuit，简称为I2C或Inter-IC)总线，是用于芯片一级互连的内部总线。这种简单的双向两线总线，接口线包括一条串行数据线SDA和一条串行时钟线SCL，加上地线也只有三根，由于传输线很少，并且抗干扰能力强、速度快，在家电用芯片一级通信领域有着广泛的应用。带I2C总线接口的器件可以工作于主控制器模式，也可以工作于从控制器模式，但是，I2C总线上同时只能进行一个主控制器和多个从控制器的主从通信，每次传输规定由主控制器发起。然而，有许多微控制器MCU为节省片内硬件资源，没有设计硬件I2C总线；有的MCU本身硬件I2C总线控制器不够用；还有些MCU的硬件I2C总线只有主控制器模式没有从控制器模式，或者只有从控制器模式没有主控制器模式。目前尚未见有效的解决I2C总线从控制器的缺少问题，有些只能在硬件方面采用外扩芯片添加I2C总线从控制器，而采用I2C总线从控制器软实现方法非常复杂，一般是通过一个中断端口检测SCL线上的时钟频率是标准模式的100Kbit/s，还是快速模式的400Kbit/s，或者是高速模式的3.4Mbit/s，一般是上升沿或下降沿触发中断，要求以更高速率对SCL线和SDA线同时采样，然后按照时钟速率接收SDA线上的数据，判断数据的合法性，致使接收SDA线上的数据代码长度较长，MCU要花费大量的时间进行采样，以防止数据的误读，还不能自动适配SCL线上的时钟速率。如果主控制器晶体振荡频率不太稳定，造成SCL线上的时钟频率有较大的偏差；或者主控制器工作也是使用软件模拟，并未使用定时器控制其通信速率，那么按事先确定的SCL线上的速率接收SDA线上的数据，稳定性和可靠性难以保证。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是克服现有技术的缺陷，针对可以同时检测时钟信号的上升沿和下降沿的缺少I2C总线从控制器的微控制器，提出一种I2C总线从控制器软实现方法，与主控制器实现更高效、更节省资源的主从通信；
本发明所要解决的另一个技术问题是克服现有技术的缺陷，针对只能检测时钟信号的上升沿或下降沿的缺少I2C总线从控制器的微控制器，提出另一种I2C总线从控制器软实现方法，与主控制器实现更高效、更节省资源的主从通信。
对于可以同时检测时钟信号的上升沿和下降沿的缺少I2C总线从控制器的微控制器来说，本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种I2C总线从控制器软实现方法，相应主控制器的主板设有微控制器MCU芯片。
这种I2C总线从控制器软实现方法的特点是：
所述用作从控制器的微控制器MCU芯片是带可边沿触发的外部中断端口的MCU芯片；
所述MCU外部中断端口只有一个；
将主控制器的SCL线直接连接至所述MCU的外部中断端口，由所述MCU的外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿和下降沿，即可实现主控制器与该从控制器之间的主从通信。所述MCU外部连接电路相对于传统的带I2C总线接口的从控制器模拟方法的硬件电路无需做改动。
对于可以同时检测时钟信号的上升沿和下降沿的缺少I2C总线从控制器的微控制器来说，本发明的技术问题通过以下进一步技术方案予以解决。
来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿、下降沿的检测是，通过代码将MCU的触发方式寄存器置一，MCU外部中断上升沿触发，将触发方式寄存器清零，MCU外部中断下降沿触发，先由所述MCU外部中断端口检测SCL时钟信号的上升沿，触发后读取数据，还将外部中断端口改为下降沿触发；下降沿触发后完成数据处理，再将外部中断端口改为上升沿触发。
所述MCU包括PIC系列的MCU和部分ARM系列的MCU。
对于只能检测时钟信号的上升沿或下降沿的缺少I2C总线从控制器的微控制器来说，本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种I2C总线从控制器软实现方法，相应主控制器的主板设有微控制器MCU芯片。
这种I2C总线从控制器软实现方法的特点是：
所述从控制器的微控制器MCU芯片是带可边沿触发的外部中断端口的MCU芯片；
如果所述MCU外部中断端口有两个，在SCL线上增加一输出端连接至所述MCU的一个外部中断端口的非门电路；
如果所述MCU外部中断端口只有一个，将其内计数器设置成最小，在SCL线上增加的非门电路的输出端连接至计数器的输入引脚，用计数器产生溢出中断替代MCU外部中断；
将主控制器的SCL线直接连接至所述MCU的一个外部中断端口，同时还连接至所述非门电路的输入端，来自主控制器的SCL时钟信号分为一正一反两路SCL时钟信号分别传送至所述MCU的两个外部中断端口，正一路SCL时钟信号的上升沿是反一路SCL时钟信号的下降沿，正一路SCL时钟信号的下降沿是反一路SCL时钟信号的上升沿，由所述MCU的一个外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿，另一个外部中断端口或计数器的输入引脚检测来自主控制器的SCL时钟信号的下降沿，即可实现主控制器与该从控制器之间的主从通信。
对于只能检测时钟信号的上升沿或下降沿的缺少I2C总线从控制器的微控制器来说，本发明的技术问题通过以下进一步技术方案予以解决。
来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿、下降沿的检测是，由所述MCU的一个外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿，另一个外部中断端口或计数器的输入引脚检测来自主控制器的SCL时钟信号的下降沿，MCU先检测SCL信号的上升沿，再检测其下降沿；如果先检测到下降沿，MCU可丢弃此信号，等待SCL信号的上升沿，然后获取数据。
所述MCU包括51系列的MCU、MSP系列的MCU和RISC指令集的MCU。
与现有技术对比，本发明的MCU不必花费大量的时间进行采样，以防止数据的误读，并且接收数据的速率是自适应的，完全按照SCL线上的时钟频率工作，无须速度匹配，即使相应主控制器的的晶体振荡频率不太稳定，造成SCL线上的时钟频率有较大的偏差，或者主控制器工作也是使用软件模拟，并未使用定时器控制其通信速率，接收SDA上的数据的稳定性和可靠性也不会受到影响。此外，采用本发明方法接收的数据代码比现行方法短，可节省大量的程序存储空间，由于代码量减少，系统的可靠性也会大大提高。本发明的应用范围是需要软实现I2C总线从控制器通信的场合，如电源控制单片机、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驱动器等器件。
附图说明
图1是I2C总线上的数据传输时序图；
图2是I2C总线上的开始信号和停止信号时序图；
图3是PIC系列的MCU采用本发明方法具体实施方式的连接示意图；
图4是51系列的MCU采用本发明方法具体实施方式的连接示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：PIC系列的MCU采用I2C总线从控制器软实现方法
图1、2分别是符合I2C总线技术规范的I2C总线上的数据传输时序图和开始信号、停止信号时序图。所有的SDA上传送的数据在SCL为高电平时有效，主控制器传送一个八位字节(8Bit)的数据，由最高位到最低位依次在SDA线上传送，SCL为高电平时，SDA的电平为有效电平，SCL为低电平时，SDA电平改变以传送下一个数据位。当主控制器传送完一个字节后，主控制器会释放SDA线，SDA线将在上拉电阻的作用下为高电平。如果从控制器成功地接收到一个字节的数据后，就发出应答位拉低SDA线，即在SDA线上输出低电平向主控制器确认数据。SDA线的电平在SCL线为高电平时保持稳定，只有在SCL线为低电平时跳变才合法。I2C总线技术规范规定：SCL为高电平时，SDA线上的电平由高电平跳变为低电平，表示开始，指令从控制器开始接收总线上的数据；而SDA线上的电平由低电平跳变为高电平，表示停止，指令从控制器停止接收总线上的数据。图1中的SCL线上升沿和SCL线下降沿，SDA线上的电平稳定，这是数据；图2中的SCL线上升沿和SCL线下降沿，SDA线上的电平发生跳变，这是控制信号。
本具体实施方式的连接如图3所示，所述MCU是可以同时检测时钟信号的上升沿和下降沿的缺少I2C总线接口的PIC系列的微控制器，有一个外部中断端口INT。由MCU的外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿和下降沿，是通过代码将MCU的触发方式寄存器置一，MCU外部中断上升沿触发，将触发方式寄存器清零，MCU外部中断下降沿触发，先由MCU外部中断端口检测SCL时钟信号的上升沿，触发后读取数据，还将外部中断端口改为下降沿触发；下降沿触发后完成数据处理，再将外部中断端口改为上升沿触发。
MCU外部中断端口INT检测来自主控制器的SCL时钟信号的的上升沿，检测到SCL正跳变触发中断，读取SDA线上的电平；然后检测到SCL负跳变触发中断，再读取SDA线上的电平。识别规则参见表1，如果SDA线上两个电平不一致，先高电平后低电平，这是开始信号；先低电平后高电平，这是停止信号。是开始信号就准备接收数据，是停止信号就停止接收数据。开始信号检测到以后，就可以读取SDA线上的数据，两个电平如果一致，就确定为数据，高电平为1，低电平为0，将其作为一个位收集，八个位为一个字节。如果已经收集一个字节，MCU在SDA线上输出低电平作为确认(Acknowledgment，简称ACK)信号向主控制器确认，得到停止信号，数据线上就无数据传输。
表1
上升沿时SDA数据 下降沿时SDA数据   判断结果
1 0   开始位
1 1   数据1
0 0   数据0
0 1   停止位
具体实施方式二：51系列的MCU采用I2C总线从控制器软实现方法
本具体实施方式的连接如图4所示，所述MCU是只能检测时钟信号的上升沿或下降沿的缺少I2C总线接口的51系列的微控制器，有两个外部中断端口INT1、INT0，在SCL线上增加一输出端连接至所述MCU的一个外部中断端口INT0的非门电路U。
将主控制器的SCL线直接连接至所述MCU的一个外部中断端口INT1，同时还连接至所述非门电路U的输入端，来自主控制器的SCL时钟信号分为一正一反两路SCL时钟信号分别传送至所述MCU的两个外部中断端口INT1、INT0，正一路SCL时钟信号的上升沿是反一路SCL时钟信号的下降沿，正一路SCL时钟信号的下降沿是反一路SCL时钟信号的上升沿，由所述MCU的一个外部中断端口INT0检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿，另一个外部中断端口INT1检测来自主控制器的SCL时钟信号的下降沿，即可实现主控制器与该从控制器之间的主从通信。
MCU外部中断端口INT0检测来自主控制器的SCL时钟信号的的上升沿，检测到SCL正跳变触发中断，读取SDA线上的电平；然后外部中断端口INT1检测到SCL负跳变触发中断，再读取SDA线上的电平。如果SDA线上两个电平不一致，先高电平后低电平，这是开始信号；先低电平后高电平，这是停止信号。是开始信号就准备接收数据，是停止信号就停止接收数据。开始信号检测到以后，就可以读取SDA线上的数据，两个电平如果一致，就确定为数据，高电平为1，低电平为0，将其作为一个位收集，八个位为一个字节。如果已经收集一个字节，MCU在SDA线上输出低电平作为ACK信号向主控制器确认，得到停止信号，数据线上就无数据传输。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种I2C总线从控制器软实现方法，相应主控制器的主板设有微控制器MCU芯片，其特征在于：
所述用作从控制器的微控制器MCU芯片是带可边沿触发的外部中断端口的MCU芯片；
所述MCU外部中断端口只有一个；
将主控制器的SCL线直接连接至所述MCU的外部中断端口，由所述MCU的外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿和下降沿，即可实现主控制器与该从控制器之间的主从通信。
2.如权利要求1所述的I2C总线从控制器软实现方法，其特征在于：
来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿、下降沿的检测是，通过代码将MCU的触发方式寄存器置一，MCU外部中断上升沿触发，将触发方式寄存器清零，MCU外部中断下降沿触发，先由所述MCU外部中断端口检测SCL时钟信号的上升沿，触发后读取数据，还将外部中断端口改为下降沿触发；下降沿触发后完成数据处理，再将外部中断端口改为上升沿触发。
3.如权利要求1或2所述的I2C总线从控制器软实现方法，其特征在于：
所述MCU包括PIC系列的MCU和部分ARM系列的MCU。
4.一种I2C总线从控制器软实现方法，相应主控制器的主板设有微控制器MCU芯片，其特征在于：
所述从控制器的微控制器MCU芯片是带可边沿触发的外部中断端口的MCU芯片；
如果所述MCU外部中断端口有两个，在SCL线上增加一输出端连接至所述MCU的一个外部中断端口的非门电路；
如果所述MCU外部中断端口只有一个，将其内计数器设置成最小，在SCL线上增加的非门电路的输出端连接至计数器的输入引脚，用计数器产生溢出中断替代MCU外部中断；
将主控制器的SCL线直接连接至所述MCU的一个外部中断端口，同时还连接至所述非门电路的输入端，来自主控制器的SCL时钟信号分为一正一反两路SCL时钟信号分别传送至所述MCU的两个外部中断端口，正一路SCL时钟信号的上升沿是反一路SCL时钟信号的下降沿，正一路SCL时钟信号的下降沿是反一路SCL时钟信号的上升沿，由所述MCU的一个外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿，另一个外部中断端口或计数器的输入引脚检测来自主控制器的SCL时钟信号的下降沿，即可实现主控制器与该从控制器之间的主从通信。
5.如权利要求4所述的I2C总线从控制器软实现方法，其特征在于：
来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿、下降沿的检测是，由所述MCU的一个外部中断端口检测来自主控制器的SCL时钟信号的上升沿，另一个外部中断端口或计数器的输入引脚检测来自主控制器的SCL时钟信号的下降沿，MCU先检测SCL信号的上升沿，再检测其下降沿；如果先检测到下降沿，MCU可丢弃此信号，等待SCL信号的上升沿，然后获取数据。
6.如权利要求4或5所述的I2C总线从控制器软实现方法，其特征在于：
所述MCU包括51系列的MCU、MSP系列的MCU和RISC指令集的MCU。
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