單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)-24-串行通信-I2C-8

單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)（24）1/31內(nèi)容提綱二STC8H8K64U單片機(jī)I2C接口的寄存器一STC8H8K64U單片機(jī)I2C接口的簡(jiǎn)介三STC8H8K64U單片機(jī)I2C接口的應(yīng)用2/31STC8H8K64U單片機(jī)I2C接口的簡(jiǎn)介一3/31I2C接口簡(jiǎn)介STC8H8K64U單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)I2C串行總線控制器。使用SCL（時(shí)鐘線）和SDA（數(shù)據(jù)線）兩線進(jìn)行同步通信。通過(guò)相關(guān)特殊功能寄存器的設(shè)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(dāng)作多組進(jìn)行分時(shí)復(fù)用。STC8H8K64U單片機(jī)的I2C總線提供了兩種操作模式：主機(jī)模式（SCL為輸出口，發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)）和從機(jī)模式（SCL為輸入口，接收同步時(shí)鐘信號(hào)）。4/31與標(biāo)準(zhǔn)I2C協(xié)議相比較，STC8H8K64U單片機(jī)的I2C總線忽略了如下兩種機(jī)制：發(fā)送起始信號(hào)（START）后不進(jìn)行仲裁。時(shí)鐘信號(hào)（SCL）停留在低電平時(shí)不進(jìn)行超時(shí)檢測(cè)。I2C串行總線控制器工作在從機(jī)模式時(shí)，SDA管腳的下降沿信號(hào)可以喚醒進(jìn)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(jī)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(hào)描述地址位符號(hào)復(fù)位值b7b6b5b4b3b2b1b0I2CCFGI2C配置寄存器FE80HENI2CMSSLMSSPEED[5:0]0000,0000I2CMSCRI2C主機(jī)控制寄存器FE81HEMSI---MSCMD[3:0]0xxx,0000I2CMSSTI2C主機(jī)狀態(tài)寄存器FE82HMSBUSYMSIF----MSACKIMSACKO00xx,xx10I2CSLCRI2C從機(jī)控制寄存器FE83H-ESTAIERXIETXIESTOI--SLRSTx000,0xx0I2CSLSTI2C從機(jī)狀態(tài)寄存器FE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIFTXINGSLACKISLACKO0000,0000I2CSLADRI2C從機(jī)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(jī)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(jī)模式1：主機(jī)模式（1）I2C配置寄存器（I2CCFG）符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CCFGFE80HENI2CMSSLMSSPEED[5:0]8/311、I2C主機(jī)模式1、I2C主機(jī)模式3）MSSPEED[5:0]：I2C總線速度（等待時(shí)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(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CCFGFE80HENI2CMSSLMSSPEED[5:0]MSSPEED[5:0]對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘數(shù)041628……x2x+4……62128631309/31只有當(dāng)I2C模塊工作在主機(jī)模式時(shí)，MSSPEED參數(shù)設(shè)置的等待參數(shù)才有效。此等待參數(shù)主要用于主機(jī)模式的以下幾個(gè)信號(hào)：TSSTA：起始信號(hào)的建立時(shí)間（SetupTimeofSTART）THSTA：起始信號(hào)的保持時(shí)間（HoldTimeofSTART）TSSTO：停止信號(hào)的建立時(shí)間（SetupTimeofSTOP）THSTO：停止信號(hào)的保持時(shí)間（HoldTimeofSTOP）THCKL：時(shí)鐘信號(hào)的低電平保持時(shí)間（HoldTimeofSCLLow）THCKH：時(shí)鐘信號(hào)的高電平保持時(shí)間（HoldTimeofSCLHigh）I2C總線速度＝SYSclk/2/(MSSPEED*2+4)例：當(dāng)24MHz的工作頻率下需要400K的I2C總線速度時(shí)，MSSPEED＝(24M/400K/2-4)/2＝1310/311）EMSI：主機(jī)模式中斷使能控制位0：關(guān)閉主機(jī)模式的中斷1：允許主機(jī)模式的中斷2）MSCMD[3:0]：主機(jī)命令0000：待機(jī)，無(wú)動(dòng)作。0001：起始命令。發(fā)送START信號(hào)。如果當(dāng)前I2C控制器處于空閑狀態(tài)，即MSBUSY（I2CMSST.7）為0時(shí)，寫(xiě)此命令會(huì)使控制器進(jìn)入忙狀態(tài)，硬件自動(dòng)將MSBUSY狀態(tài)位置1，并開(kāi)始發(fā)送START信號(hào)；若當(dāng)前I2C控制器處于忙狀態(tài)，寫(xiě)此命令可觸發(fā)發(fā)送START信號(hào)。發(fā)送START信號(hào)的波形如下圖所示：（2）I2C主機(jī)控制寄存器（I2CMSCR）符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CMSCRFE81HEMSI---MSCMD[3:0]11/310010：發(fā)送數(shù)據(jù)命令。寫(xiě)此命令后，I2C總線控制器會(huì)在SCL管腳上產(chǎn)生8個(gè)時(shí)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(jī)控制寄存器（I2CMSCR）0011：接收ACK命令。寫(xiě)此命令后，I2C總線控制器會(huì)在SCL管腳上產(chǎn)生1個(gè)時(shí)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(xiě)此命令后，I2C總線控制器會(huì)在SCL管腳上產(chǎn)生8個(gè)時(shí)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(jī)控制寄存器（I2CMSCR）0101：發(fā)送ACK命令。寫(xiě)此命令后，I2C總線控制器會(huì)在SCL管腳上產(chǎn)生1個(gè)時(shí)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(hào)。寫(xiě)此命令后，I2C總線控制器開(kāi)始發(fā)送STOP信號(hào)。信號(hào)發(fā)送完成后，硬件自動(dòng)將MSBUSY狀態(tài)位清零。STOP信號(hào)的波形如下圖所示：（2）I2C主機(jī)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(gè)命令的組合，下此命令后控制器會(huì)依次執(zhí)行這三個(gè)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(gè)命令的組合，下此命令后控制器會(huì)依次執(zhí)行這兩個(gè)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(gè)命令的組合，下此命令后控制器會(huì)依次執(zhí)行這兩個(gè)命令。注意：此命令所返回的應(yīng)答信號(hào)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(gè)命令的組合，下此命令后控制器會(huì)依次執(zhí)行這兩個(gè)命令。注意：此命令所返回的應(yīng)答信號(hào)固定為NAK（1），不受MSACKO位的影響。（2）I2C主機(jī)控制寄存器（I2CMSCR）15/31（3）I2C主機(jī)輔助控制寄存器（I2CMSAUX）符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CMSAUXFE88H-------WDTAWDTA：主機(jī)模式時(shí)I2C數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送允許位0：禁止自動(dòng)發(fā)送1：使能自動(dòng)發(fā)送若自動(dòng)發(fā)送功能被使能，當(dāng)MCU執(zhí)行完成對(duì)I2CTXD數(shù)據(jù)寄存器的寫(xiě)操作后，I2C控制器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)“1010”命令，即自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)并接收ACK信號(hào)。16/31（4）I2C主機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CMSST）符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CMSSTFE82HMSBUSYMSIF----MSACKIMSACKOMSBUSY：主機(jī)模式時(shí)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(dāng)I2C控制器處于主機(jī)模式時(shí)，在空閑狀態(tài)下，發(fā)送完成START信號(hào)后，控制器便進(jìn)入到忙碌狀態(tài)，忙碌狀態(tài)會(huì)一直維持到成功發(fā)送完成STOP信號(hào)，之后狀態(tài)會(huì)再次恢復(fù)到空閑狀態(tài)。MSIF：主機(jī)模式的中斷請(qǐng)求位（中斷標(biāo)志位）。當(dāng)處于主機(jī)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(hào)，硬件自動(dòng)將此位1，向CPU發(fā)請(qǐng)求中斷，響應(yīng)中斷后MSIF位必須用軟件清零。MSACKI：主機(jī)模式時(shí)，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(jī)模式時(shí)，準(zhǔn)備將要發(fā)送出去的ACK信號(hào)。當(dāng)發(fā)送“0101”命令到I2CMSCR的MSCMD位后，控制器會(huì)自動(dòng)讀取此位的數(shù)據(jù)當(dāng)作ACK發(fā)送到SDA。17/312、I2C從機(jī)模式ESTAI：從機(jī)模式時(shí)接收到START信號(hào)中斷允許位0：禁止從機(jī)模式時(shí)接收到START信號(hào)時(shí)發(fā)生中斷1：使能從機(jī)模式時(shí)接收到START信號(hào)時(shí)發(fā)生中斷ERXI：從機(jī)模式時(shí)接收到1字節(jié)數(shù)據(jù)后中斷允許位0：禁止從機(jī)模式時(shí)接收到數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷1：使能從機(jī)模式時(shí)接收到1字節(jié)數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷ETXI：從機(jī)模式時(shí)發(fā)送完成1字節(jié)數(shù)據(jù)后中斷允許位0：禁止從機(jī)模式時(shí)發(fā)送完成數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷1：使能從機(jī)模式時(shí)發(fā)送完成1字節(jié)數(shù)據(jù)后發(fā)生中斷ESTOI：從機(jī)模式時(shí)接收到STOP信號(hào)中斷允許位0：禁止從機(jī)模式時(shí)接收到STOP信號(hào)時(shí)發(fā)生中斷1：使能從機(jī)模式時(shí)接收到STOP信號(hào)時(shí)發(fā)生中斷SLRST：復(fù)位從機(jī)模式（1）I2C從機(jī)控制寄存器（I2CSLCR）符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLCRFE83H-ESTAIERXIETXIESTOI--SLRST18/31（2）I2C從機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CSLST）SLBUSY：從機(jī)模式時(shí)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(dāng)I2C控制器處于從機(jī)模式時(shí)，在空閑狀態(tài)下，接收到主機(jī)發(fā)送START信號(hào)后，控制器會(huì)繼續(xù)檢測(cè)之后的設(shè)備地址數(shù)據(jù)，若設(shè)備地址與當(dāng)前I2CSLADR寄存器中所設(shè)置的從機(jī)地址相同時(shí)，控制器便進(jìn)入到忙碌狀態(tài)，忙碌狀態(tài)會(huì)一直維持到成功接收到主機(jī)發(fā)送STOP信號(hào)，之后狀態(tài)會(huì)再次恢復(fù)到空閑狀態(tài)。符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO19/31（2）I2C從機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CSLST）STAIF：從機(jī)模式時(shí)接收到START信號(hào)后的中斷請(qǐng)求位。從機(jī)模式的I2C控制器接收到START信號(hào)后，硬件會(huì)自動(dòng)將此位置1，并向CPU發(fā)請(qǐng)求中斷，響應(yīng)中斷后STAIF位必須用軟件清零。STAIF被置1的時(shí)間點(diǎn)如下圖所示：符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO20/31（2）I2C從機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CSLST）RXIF：從機(jī)模式時(shí)接收到1字節(jié)的數(shù)據(jù)后的中斷請(qǐng)求位。從機(jī)模式的I2C控制器接收到1字節(jié)的數(shù)據(jù)后，在第8個(gè)時(shí)鐘的下降沿時(shí)硬件會(huì)自動(dòng)將此位置1，并向CPU發(fā)請(qǐng)求中斷，響應(yīng)中斷后RXIF位必須用軟件清零。RXIF被置1的時(shí)間點(diǎn)如下圖所示：符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO21/31（2）I2C從機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CSLST）TXIF：從機(jī)模式時(shí)發(fā)送完成1字節(jié)的數(shù)據(jù)后的中斷請(qǐng)求位。從機(jī)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(hào)后，在第9個(gè)時(shí)鐘的下降沿時(shí)硬件會(huì)自動(dòng)將此位置1，并向CPU發(fā)請(qǐng)求中斷，響應(yīng)中斷后TXIF位必須用軟件清零。TXIF被置1的時(shí)間點(diǎn)如下圖所示：符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO22/31（2）I2C從機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CSLST）STOIF：從機(jī)模式時(shí)接收到STOP信號(hào)后的中斷請(qǐng)求位。從機(jī)模式的I2C控制器接收到STOP信號(hào)后，硬件會(huì)自動(dòng)將此位置1，并向CPU發(fā)請(qǐng)求中斷，響應(yīng)中斷后STOIF位必須用軟件清零。STOIF被置1的時(shí)間點(diǎn)如下圖所示：符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO23/31（2）I2C從機(jī)狀態(tài)寄存器（I2CSLST）SLACKI：從機(jī)模式時(shí)，接收到的ACK數(shù)據(jù)。SLACKO：從機(jī)模式時(shí)，準(zhǔn)備將要發(fā)送出去的ACK信號(hào)。符號(hào)地址b7b6b5b4b3b2b1b0I2CSLSTFE84HSLBUSYSTAIFRXIFTXIFSTOIF-SLACKISLACKO24/31（3）I2C從機(jī)地址寄存器（I2CSLADR）I2CSLADR[7:1]：從機(jī)設(shè)備地址當(dāng)I2C控制器處于從機(jī)模式時(shí)，控制器在接收到START信號(hào)后，會(huì)繼續(xù)檢測(cè)接下來(lái)主機(jī)發(fā)送出的設(shè)備地址數(shù)據(jù)以及讀/寫(xiě)信號(hào)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送出的設(shè)備地址與I2CSLADR[7:1]中所設(shè)置的從機(jī)設(shè)備地址相同時(shí)，控制器才會(huì)向CPU發(fā)出中斷求，請(qǐng)求CPU處理I2C事件；否則若設(shè)備地址不同，I2C控制器繼續(xù)監(jiān)控，等待下一個(gè)起始信號(hào)，對(duì)下一個(gè)設(shè)備地址繼續(xù)比較。MA：從機(jī)設(shè)備地址比較控制（MAtch）0：設(shè)備地址必須與I2CSLADR[7:1]相同1：忽略I2CSLADR[7:1]中的設(shè)置，接受所有的設(shè)備地址符號(hào)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(gè)I2C設(shè)備（理論值），不同的I2C設(shè)備用不同的I2C從機(jī)設(shè)備地址進(jìn)行識(shí)別。I2C主機(jī)發(fā)送完成起始信號(hào)后，發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)（DATA0）的高7位即為從機(jī)設(shè)備地址（DATA0[7:1]為I2C設(shè)備地址），最低位為讀寫(xiě)信號(hào)。當(dāng)I2C設(shè)備從機(jī)地址寄存器MA（I2CSLADR.0