關(guān)鍵詞：I2C總線 多機(jī)通信 軟硬件設(shè)計(jì)

I2C（Inter Integrated Circuit）總線是Philips公司開發(fā)的一種雙向兩線主機(jī)總線，它能方便地實(shí)現(xiàn)芯片間的數(shù)據(jù)傳輸與控制。通過兩線緩沖接口和內(nèi)部控制與狀態(tài)寄存器，可方便地完成多機(jī)間的非主從通信或主從通信�；贗2C總線的多機(jī)通信電路結(jié)構(gòu)簡單、程序編寫方便，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。

本文給出了基于I2C總線的多機(jī)通信調(diào)度指揮系統(tǒng)方案，討論了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本調(diào)度指揮系統(tǒng)由主機(jī)和調(diào)度操作臺(tái)兩部分組成，工作原理如圖1所示，兩者間通過RS422總線實(shí)現(xiàn)較長距離的數(shù)據(jù)傳送。主機(jī)和操行臺(tái)內(nèi)部均采用分散多處理器控制，處理器間采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

    主機(jī)內(nèi)部采用分散控制方式，整個(gè)交換系統(tǒng)被分割成多個(gè)用戶子系統(tǒng)及1個(gè)通信子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)由一個(gè)CPU處理單元負(fù)責(zé)128個(gè)用戶的呼叫控制和管理，多個(gè)子系統(tǒng)之間通信I2C組成一個(gè)無主通信總線進(jìn)行信息交互（如呼叫處理信息、維護(hù)信息等），構(gòu)成一個(gè)完整的交換系統(tǒng)。

調(diào)度操作臺(tái)由操作臺(tái)控制CPU、顯示屏及多個(gè)用戶鍵板構(gòu)成，支持128～1024個(gè)操作按鍵和256～2048個(gè)LED指示燈，每個(gè)操作按鍵可縮位一組電話號(hào)碼對應(yīng)主機(jī)內(nèi)的一個(gè)電話用戶，雙燈組合指示該電話用戶狀態(tài)，并支持LCD中文顯示。操作臺(tái)內(nèi)部主控CPU與用戶鍵板控制CPU之間通過I2CU叫線組成主從通信總線進(jìn)行信息交互（按鍵信息、LED顯示信息）。

1．1 主機(jī)I2C總線構(gòu)成

子系統(tǒng)的CPU處理單元由Philips-80C652單片機(jī)配合外圍電路（如EPROM、RAM、EEPROM、譯碼和I/O驅(qū)動(dòng)等）構(gòu)成，80C652具有一個(gè)支持雙向數(shù)據(jù)傳送的I2C總線串行接口，I2C總線邏輯根據(jù)路徑自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。CPU對I2CU總線的訪問通過以下四個(gè)特殊功能寄存器完成：

S1CON（D8H） SIO1控制寄存器

S1STA（D9H） SIO1狀態(tài)寄存器

S1DAT（DAH） SIS1數(shù)據(jù)寄存器

S1ADR（DBH） SIO1從地址寄存器

SIO1邏輯通過P1.6/SCL和P1.7/SDA兩個(gè)引腳連接到外部I2C總線，可工作于以下四種模式：主發(fā)送模式、主接收模式、從接收模式、從發(fā)送模式。各子系統(tǒng)間的I2C接口復(fù)接即構(gòu)成了主機(jī)I2C通信總線，通票用無主通信方式，每個(gè)CPU既可以響應(yīng)通用地址的廣播呼叫，也可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信，完全滿足程控交換的信息傳送要求且結(jié)構(gòu)簡單。連接示意圖如圖2所示。

    1．2 調(diào)度臺(tái)I2C總線構(gòu)成

操作臺(tái)控制CPU板由Philips-80C652單片機(jī)配合外圍電路（如EPROM、RAM、EEPROM、譯碼和顯示驅(qū)動(dòng)電路等）構(gòu)成，其P1.6-SCL、P1.7-SDA為I2C總線接口SIO1。單片機(jī)的SIO1通過MC3486/3487與主機(jī)通過RS422接口通信，SIO1與用戶鍵板的P87LPC764通信，最多可支持63塊用戶鍵板的通信連接。

每個(gè)用戶鍵板均采用Philips-P87LPC764單片機(jī)控制，每塊鏈板提供64個(gè)用戶按鍵及128個(gè)用戶鍵燈。P87LPC764是51LPC系列OTP單片機(jī)，其最大特點(diǎn)是改進(jìn)型80C51系列，增加了WDT看門狗、I2C總線、三個(gè)模擬量比較器、上電復(fù)位檢測，保證I/O口驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到20mA，運(yùn)行速度為標(biāo)準(zhǔn)80C51的2倍，而且溫度范圍達(dá)到了工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（-40℃～+85℃）。該芯片的I2C總線系統(tǒng)包括一個(gè)可簡化軟件驅(qū)動(dòng)的I2C總線硬件。除了必要總線仲裁、錯(cuò)誤檢測、時(shí)鐘擴(kuò)展和總線超時(shí)定時(shí)器外，包括一個(gè)一位接口，這個(gè)接口通過循環(huán)查詢或中斷同步軟件。

采用該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)擴(kuò)充性強(qiáng)，軟件功能分擔(dān)：由P87LPC764進(jìn)行按鍵掃描和LED顯示處理，大大減輕了主CPU-80C652的負(fù)擔(dān)；由于P87LPC764性價(jià)比優(yōu)越，比專用鍵盤電路更便宜，功能上也可靈活改變；鍵板可按需配置，只需簡單的4線連接（SDA、SCL、+5V、GND）。調(diào)度臺(tái)I2C總線連接示意圖如圖3所示。

2 I2C總線的數(shù)據(jù)傳送方式

I2C總線器件之間通信串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL傳送數(shù)據(jù)，交換信息。每個(gè)器件（微控制器