單片微型計算機原理及接口技術(shù)-24-串行通信-I2C-8

單片微型計算機原理及接口技術(shù)（24）1/31內(nèi)容提綱二STC8H8K64U單片機I2C接口的寄存器一STC8H8K64U單片機I2C接口的簡介三STC8H8K64U單片機I2C接口的應用2/31STC8H8K64U單片機I2C接口的簡介一3/31I2C接口簡介STC8H8K64U單片機內(nèi)部集成了一個I2C串行總線控制器。使用SCL（時鐘線）和SDA（數(shù)據(jù)線）兩線進行同步通信。通過相關(guān)特殊功能寄存器的設置，可將SCL和SDA切換到不同的I/O口上，以方便用戶將一組I2C總線當作多組進行分時復用。STC8H8K64U單片機的I2C總線提供了兩種操作模式：主機模式（SCL為輸出口，發(fā)送同步時鐘信號）和從機模式（SCL為輸入口，接收同步時鐘信號）。4/31與標準I2C協(xié)議相比較，STC8H8K64U單片機的I2C總線忽略了如下兩種機制：發(fā)送起始信號（START）后不進行仲裁。時鐘信號（SCL）停留在低電平時不進行超時檢測。I2C串行總線控制器工作在從機模式時，SDA管腳的下降沿信號可以喚醒進入掉電模式的MCU。（注意：由于I2C傳輸速度比較快，MCU喚醒后第一包數(shù)據(jù)一般是不正確的）5/31STC8H8K64U單片機I2C接口的寄存器二6/31與I2C接口有關(guān)的特殊功能寄存器如表所示。符號描述地址位符號復位值b7b6b5b4b3b2b1b0I2CCFGI2C配置寄存器FE80HENI2CMSSLMSSPEED[5:0]0000,0000I2CMSCRI2C主機控制寄存器FE81HEMSI---MSCMD[3:0]0xxx,0000I2CMSSTI2C主機狀態(tài)寄存器FE82HMSBUSYMSIF----MSACKIMSACKO00xx,xx10I2CSLCRI2C從機控制寄存器FE83H-ESTAIERXIETXIESTOI--SLRSTx000,0xx0I2CSLSTI2C從機狀態(tài)寄存器FE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIFTXINGSLACKISLACKO0000,0000I2CSLADRI2C從機地址寄存器FE85HI2CSLADR[7:1]MA0000,0000I2CTXDI2C數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器FE86H

0000,0000I2CRXDI2C數(shù)據(jù)接收寄存器FE87H

0000,0000I2CMSAUXI2C主機輔助控制寄存器FE88H-------WDTAxxxx,xxx07/311）ENI2C：I2C功能使能控制位0：禁止I2C功能1：允許I2C功能2）MSSL：I2C工作模式選擇位0：從機模式1：主機模式（1）I2C配置寄存器（I2CCFG）符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CCFGFE80HENI2CMSSLMSSPEED[5:0]8/311、I2C主機模式1、I2C主機模式3）MSSPEED[5:0]：I2C總線速度（等待時鐘數(shù)）控制，I2C總線速度＝SYSclk/2/(MSSPEED*2+4)（1）I2C配置寄存器（I2CCFG）符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CCFGFE80HENI2CMSSLMSSPEED[5:0]MSSPEED[5:0]對應的時鐘數(shù)041628……x2x+4……62128631309/31只有當I2C模塊工作在主機模式時，MSSPEED參數(shù)設置的等待參數(shù)才有效。此等待參數(shù)主要用于主機模式的以下幾個信號：TSSTA：起始信號的建立時間（SetupTimeofSTART）THSTA：起始信號的保持時間（HoldTimeofSTART）TSSTO：停止信號的建立時間（SetupTimeofSTOP）THSTO：停止信號的保持時間（HoldTimeofSTOP）THCKL：時鐘信號的低電平保持時間（HoldTimeofSCLLow）THCKH：時鐘信號的高電平保持時間（HoldTimeofSCLHigh）I2C總線速度＝SYSclk/2/(MSSPEED*2+4)例：當24MHz的工作頻率下需要400K的I2C總線速度時，MSSPEED＝(24M/400K/2-4)/2＝1310/311）EMSI：主機模式中斷使能控制位0：關(guān)閉主機模式的中斷1：允許主機模式的中斷2）MSCMD[3:0]：主機命令0000：待機，無動作。0001：起始命令。發(fā)送START信號。如果當前I2C控制器處于空閑狀態(tài)，即MSBUSY（I2CMSST.7）為0時，寫此命令會使控制器進入忙狀態(tài)，硬件自動將MSBUSY狀態(tài)位置1，并開始發(fā)送START信號；若當前I2C控制器處于忙狀態(tài)，寫此命令可觸發(fā)發(fā)送START信號。發(fā)送START信號的波形如下圖所示：（2）I2C主機控制寄存器（I2CMSCR）符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CMSCRFE81HEMSI---MSCMD[3:0]11/310010：發(fā)送數(shù)據(jù)命令。寫此命令后，I2C總線控制器會在SCL管腳上產(chǎn)生8個時鐘，并將I2CTXD寄存器里面數(shù)據(jù)按位送到SDA管腳上（先發(fā)送高位數(shù)據(jù)）。發(fā)送數(shù)據(jù)的波形如下圖所示：（2）I2C主機控制寄存器（I2CMSCR）0011：接收ACK命令。寫此命令后，I2C總線控制器會在SCL管腳上產(chǎn)生1個時鐘，并將從SDA端口上讀取的數(shù)據(jù)保存到MSACKI（I2CMSST.1）。接收ACK的波形如下圖所示：12/310100：接收數(shù)據(jù)命令。寫此命令后，I2C總線控制器會在SCL管腳上產(chǎn)生8個時鐘，并將從SDA端口上讀取的數(shù)據(jù)依次左移到I2CRXD寄存器（先接收高位數(shù)據(jù)）。接收數(shù)據(jù)的波形如下圖所示：（2）I2C主機控制寄存器（I2CMSCR）0101：發(fā)送ACK命令。寫此命令后，I2C總線控制器會在SCL管腳上產(chǎn)生1個時鐘，并將MSACKO（I2CMSST.0）中的數(shù)據(jù)發(fā)送到SDA端口。發(fā)送ACK的波形如下圖所示：13/310110：停止命令。發(fā)送STOP信號。寫此命令后，I2C總線控制器開始發(fā)送STOP信號。信號發(fā)送完成后，硬件自動將MSBUSY狀態(tài)位清零。STOP信號的波形如下圖所示：（2）I2C主機控制寄存器（I2CMSCR）0111：保留。1000：保留。1001：起始命令+發(fā)送數(shù)據(jù)命令+接收ACK命令。此命令為命令0001、命令0010、命令0011三個命令的組合，下此命令后控制器會依次執(zhí)行這三個命令。14/311010：發(fā)送數(shù)據(jù)命令+接收ACK命令。此命令為命令0010、命令0011兩個命令的組合，下此命令后控制器會依次執(zhí)行這兩個命令。1011：接收數(shù)據(jù)命令+發(fā)送ACK(0)命令。此命令為命令0100、命令0101兩個命令的組合，下此命令后控制器會依次執(zhí)行這兩個命令。注意：此命令所返回的應答信號固定為ACK（0），不受MSACKO位的影響。1100：接收數(shù)據(jù)命令+發(fā)送NAK(1)命令。此命令為命令0100、命令0101兩個命令的組合，下此命令后控制器會依次執(zhí)行這兩個命令。注意：此命令所返回的應答信號固定為NAK（1），不受MSACKO位的影響。（2）I2C主機控制寄存器（I2CMSCR）15/31（3）I2C主機輔助控制寄存器（I2CMSAUX）符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CMSAUXFE88H-------WDTAWDTA：主機模式時I2C數(shù)據(jù)自動發(fā)送允許位0：禁止自動發(fā)送1：使能自動發(fā)送若自動發(fā)送功能被使能，當MCU執(zhí)行完成對I2CTXD數(shù)據(jù)寄存器的寫操作后，I2C控制器會自動觸發(fā)“1010”命令，即自動發(fā)送數(shù)據(jù)并接收ACK信號。16/31（4）I2C主機狀態(tài)寄存器（I2CMSST）符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CMSSTFE82HMSBUSYMSIF----MSACKIMSACKOMSBUSY：主機模式時I2C控制器狀態(tài)位（只讀位）0：控制器處于空閑狀態(tài)1：控制器處于忙碌狀態(tài)當I2C控制器處于主機模式時，在空閑狀態(tài)下，發(fā)送完成START信號后，控制器便進入到忙碌狀態(tài)，忙碌狀態(tài)會一直維持到成功發(fā)送完成STOP信號，之后狀態(tài)會再次恢復到空閑狀態(tài)。MSIF：主機模式的中斷請求位（中斷標志位）。當處于主機模式的I2C控制器執(zhí)行完成寄存器I2CMSCR中MSCMD命令后產(chǎn)生中斷信號，硬件自動將此位1，向CPU發(fā)請求中斷，響應中斷后MSIF位必須用軟件清零。MSACKI：主機模式時，發(fā)送“0011”命令到I2CMSCR的MSCMD位后所接收到的ACK數(shù)據(jù)。（只讀位）MSACKO：主機模式時，準備將要發(fā)送出去的ACK信號。當發(fā)送“0101”命令到I2CMSCR的MSCMD位后，控制器會自動讀取此位的數(shù)據(jù)當作ACK發(fā)送到SDA。17/312、I2C從機模式ESTAI：從機模式時接收到START信號中斷允許位0：禁止從機模式時接收到START信號時發(fā)生中斷1：使能從機模式時接收到START信號時發(fā)生中斷ERXI：從機模式時接收到1字節(jié)數(shù)據(jù)后中斷允許位0：禁止從機模式時接收到數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷1：使能從機模式時接收到1字節(jié)數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷ETXI：從機模式時發(fā)送完成1字節(jié)數(shù)據(jù)后中斷允許位0：禁止從機模式時發(fā)送完成數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷1：使能從機模式時發(fā)送完成1字節(jié)數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷ESTOI：從機模式時接收到STOP信號中斷允許位0：禁止從機模式時接收到STOP信號時發(fā)生中斷1：使能從機模式時接收到STOP信號時發(fā)生中斷SLRST：復位從機模式（1）I2C從機控制寄存器（I2CSLCR）符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLCRFE83H-ESTAIERXIETXIESTOI--SLRST18/31（2）I2C從機狀態(tài)寄存器（I2CSLST）SLBUSY：從機模式時I2C控制器狀態(tài)位（只讀位）0：控制器處于空閑狀態(tài)1：控制器處于忙碌狀態(tài)當I2C控制器處于從機模式時，在空閑狀態(tài)下，接收到主機發(fā)送START信號后，控制器會繼續(xù)檢測之后的設備地址數(shù)據(jù)，若設備地址與當前I2CSLADR寄存器中所設置的從機地址相同時，控制器便進入到忙碌狀態(tài)，忙碌狀態(tài)會一直維持到成功接收到主機發(fā)送STOP信號，之后狀態(tài)會再次恢復到空閑狀態(tài)。符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO19/31（2）I2C從機狀態(tài)寄存器（I2CSLST）STAIF：從機模式時接收到START信號后的中斷請求位。從機模式的I2C控制器接收到START信號后，硬件會自動將此位置1，并向CPU發(fā)請求中斷，響應中斷后STAIF位必須用軟件清零。STAIF被置1的時間點如下圖所示：符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO20/31（2）I2C從機狀態(tài)寄存器（I2CSLST）RXIF：從機模式時接收到1字節(jié)的數(shù)據(jù)后的中斷請求位。從機模式的I2C控制器接收到1字節(jié)的數(shù)據(jù)后，在第8個時鐘的下降沿時硬件會自動將此位置1，并向CPU發(fā)請求中斷，響應中斷后RXIF位必須用軟件清零。RXIF被置1的時間點如下圖所示：符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO21/31（2）I2C從機狀態(tài)寄存器（I2CSLST）TXIF：從機模式時發(fā)送完成1字節(jié)的數(shù)據(jù)后的中斷請求位。從機模式的I2C控制器發(fā)送完成1字節(jié)的數(shù)據(jù)并成功接收到1位ACK信號后，在第9個時鐘的下降沿時硬件會自動將此位置1，并向CPU發(fā)請求中斷，響應中斷后TXIF位必須用軟件清零。TXIF被置1的時間點如下圖所示：符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO22/31（2）I2C從機狀態(tài)寄存器（I2CSLST）STOIF：從機模式時接收到STOP信號后的中斷請求位。從機模式的I2C控制器接收到STOP信號后，硬件會自動將此位置1，并向CPU發(fā)請求中斷，響應中斷后STOIF位必須用軟件清零。STOIF被置1的時間點如下圖所示：符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO23/31（2）I2C從機狀態(tài)寄存器（I2CSLST）SLACKI：從機模式時，接收到的ACK數(shù)據(jù)。SLACKO：從機模式時，準備將要發(fā)送出去的ACK信號。符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO24/31（3）I2C從機地址寄存器（I2CSLADR）I2CSLADR[7:1]：從機設備地址當I2C控制器處于從機模式時，控制器在接收到START信號后，會繼續(xù)檢測接下來主機發(fā)送出的設備地址數(shù)據(jù)以及讀/寫信號。當主機發(fā)送出的設備地址與I2CSLADR[7:1]中所設置的從機設備地址相同時，控制器才會向CPU發(fā)出中斷求，請求CPU處理I2C事件；否則若設備地址不同，I2C控制器繼續(xù)監(jiān)控，等待下一個起始信號，對下一個設備地址繼續(xù)比較。MA：從機設備地址比較控制（MAtch）0：設備地址必須與I2CSLADR[7:1]相同1：忽略I2CSLADR[7:1]中的設置，接受所有的設備地址符號地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLADRFE85HI2CSLADR[7:1]MA25/31I2C總線協(xié)議規(guī)定I2C總線上最多可掛載128個I2C設備（理論值），不同的I2C設備用不同的I2C從機設備地址進行識別。I2C主機發(fā)送完成起始信號后，發(fā)送的第一個數(shù)據(jù)（DATA0）的高7位即為從機設備地址（DATA0[7:1]為I2C設備地址），最低位為讀寫信號。當I2C設備從機地址寄存器MA（I2CSLADR.0