摘要：串行擴展總線技術是新一代單片機技術發展的一個顯著特點，其中Philips公司推出的I2C總線最為著名。ST9+系列是意法半導體公司的單片機產品，能夠很好地支持I2C總線協議。本文以ST9+單片機為例闡述I2C總線協議，并給出在ST9+單片機上實現I2C總線驅動程序的流程和方法。
關鍵詞：I2C總線 串行擴展總線 ST9+ 總線驅動
串行擴展總線技術是新一代單片機技術發展的一個顯著特點，其中Philips公司推出的 I2C總線最為著名。I2C總線最顯著的特點是規范的完整性、結構的獨立性和用戶使用時的簡單化。 I2C總線有嚴格的規范，如接口的電氣特性、信號時序、信號傳輸的定義、總線狀態設置、總線管理規則及總線狀態處理等。與并行擴展總線相比，串行擴展總線有突出的優點：電路結構簡單，程序編寫方便，易于實現用戶系統軟硬件的模塊化、標準化等。
目前I2C總線技術已為許多著名公司所采用，并廣泛應用于視頻、音頻系統中。推廣I2C總線技術將有助于提高我國單片機應用開發水平。意法半導體公司（SGS-THOMSON）是全球十大半導體制造商之一，其領先單片機產品ST9+系列是目前功能比較全面且支持通信協議較多的一款產品，支持包括I2C、USB在內的多種通信協議。本文以ST9+系列單片機中的ST92163為例，闡述其對I2C總線的支持方式，并給出在ST92163單片機上實現I2C總線協議的程序流程和方法。
1 ST9+系列單片機結構及其對I2C總線的支持
1.1 ST9+系列單片機的結構和特點
ST92163單片機是ST9+系列單片機中的典型產品，
如圖1所示。本文以該款單片機為例介紹ST9+系列產品。該產品為8位/16位兼容單片機，片內含20 KB的ROM和2 KB的RAM，主頻24 MHz，擁有256個寄存器，最大內存尋址4 MB，支持I2C、SPI以及USB在內的多種串行通信協議，在視頻、音頻等方面具有廣泛的應用。其256個寄存器分為224個通用寄存器、16個系統寄存器和16個頁寄存器。其中16個頁寄存器對應64頁，可通過改變當前頁來切換不同功能的16個頁寄存器。
1.2 ST9+系列單片機對I2C總線的支持
ST9+支持2種模式的I2C總線，包括100 kHz的標準I2C模式和400 kHz的快速I2C模式。同時ST9+系列單片機也支持7位和10位2種長度的地址碼，并采用DMA的方式使對單片機處理時間的占用降到最小。除此之外，ST9+為支持I2C總線協議還具備以下特征：內部并行總線與I2C串行總線的轉換、總線上多主器件的支持和接收或者發送標志產生、發送或接收數據完畢標志產生、發送過程中錯誤檢測以及支持錯誤發生后產生中斷等。
針對主器件模式，ST9+系列單片機還增加了總線時鐘產生、總線忙標志產生、開始位標志檢測、總線仲裁丟失標志產生以及開始和結束標志產生等特征。而針對從設備，ST9+也有相關特征支持，包括有停止位標志檢測、設備地址編程、發送錯誤檢測、數據發送或接收完畢標志產生和開始或結束錯位檢測等特征。
ST9+系列單片機中實現I2C總線協議的寄存器共有16個，如圖2所示。其中初始化寄存器6個，包括I2C自地址寄存器I2COAR1和I2COAR2、地址調用寄存器I2CADR、時鐘控制寄存器I2CCCR和I2CECCR以及控制寄存器I2CCR；數據發送和接收寄存器4個，包括數據寄存器I2CDR、控制寄存器I2CCR、狀態寄存器I2CSR1和I2CSR2；
I2C相
關中斷和DMA寄存器7個，包括中斷狀態寄存器I2CISR、中斷掩碼寄存器I2CIMR、中斷向量寄存器I2CIVR、接收DMA地址指針寄存器I2CRDAP、接收DMA事務計數寄存器I2CRDC、發送DMA地址指針寄存器I2CTDAP以及發送DMA事務計數寄存器I2CTDA。這16個寄存器均為頁寄存器，并放在同一頁中。
以上寄存器中，數據寄存器I2CDR、控制寄存器I2CCR、狀態寄存器I2CSR1和I2CSR2是最基本的4個寄存器，通過這4個寄存器的設置可以實現基本的發送和接收數據的功能。這4個寄存器的具體情況如圖3、4、5所示。
PE為外設使能位，ENGC為從設備模式使能位，START為開始標志使能位，ACK為響應使能位，STOP為結束標志使能位，
ITE為中斷使能位。
EVF為事件標志位，ADD10為10位長度地址位，TRA為區別發送或接收狀態位，BUSY為總線忙標志位，BTF為數據傳輸結束標志位，ADSL為從設備地址匹配標志位，M/SL為區別主從設備位，SB為開始標志位。
ADDTX為地址應答標志位，AF為應答失敗標志位，STOPF為從設備檢測到停止標志位，ARLO為總線仲裁丟失標志位，BERR為總線忙錯誤標志位，GCAL為普通地址調用匹配標志位。
I2C數據寄存器I2CDR為存放待發數據或接收到數據的緩沖區，在下一個要發送或者接收的字節數據到來之前必須清空。
2 程序實現
2.1 編譯工具
ST9+系列單片機I2C總線協議驅動程序采用ANSI C語言編寫，使用GNU組織的GCC編譯器編譯、鏈接生成所需要的十六進制文件。
GCC編譯器是自由軟件組織發布的多平臺支持的C語言編譯器，ST9+系列單片機編程使用的GCC9版本，包括了用于C語言編譯的CC9、用于匯編語言編譯的GAS9、用于鏈接的LD9和宏匯編解釋器TR9等模塊。圖 6 為GCC9編譯、鏈接流程圖。
2.2 程序設計及流程
為了實現簡單的數據發送和接收功能，定義以下幾個函數：對I2C主要寄存器初始化的I2C_INIT函數、發送數據的I2C_TX函數、接收數據的I2C_RX函數、發送從設備地址的I2C_SEND_DEVICEID函數以及開始標志I2C_START函數和結束標志I2C_STOP函數。
I2C_INIT函數中主要完成I2C控制寄存器I2CCR的設置。I2C數據寄存器I2CDR的清空以及I2C時鐘寄存器I2CCCR的I2C工作頻率設置等工作，以選擇所需要的I2C工作模式。I2C_START函數中主要完成對I2C控制寄存器I2CCR的START位的置位，并等待I2C狀態寄存器I2CSR1的START標志位被系統置位。I2C_STOP函數中主要完成對I2C控制寄存器I2CCR的STOP位的置位，以允許當數據發送完畢后系統對I2C狀態寄存器I2CSR1的STOP標志位置位。
I2C_TX函數則是把需要發送的數據放入I2C數據寄存器I2CDR中發送，并在系統對I2C狀態寄存器I2CSR1的BTF標志位置位后退出此函數。同理，I2C_RX函數則從I2C數據寄存器I2CDR中取出通過I2C總線接收到的數據，在系統對I2C狀態寄存器I2CSR1的BTF標志位置位后退出此函數。
I2C_SEND_DEVICEID函數目的在于發送從設備地址，并決定是接收數據還是發送數據。
圖7為I2C發送、接收程序流程圖。
3 結 論
ST9+系列單片機能夠很好地支持I2C總線協議，可以實現I2C總線協議規定的全部功能和要求，并且在其上實現I2C總線協議驅動程序簡單、直觀和高效。在使用了大量I2C器件的單片機系統中，可以選用意法半導體公司的ST9+系列單片機作為其核心器件。
66821730(技術支持)
