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[導(dǎo)讀] AVR系列單片機(jī)內(nèi)部有可編程Flash,自帶EEPROM,支持JTAG接口片內(nèi)調(diào)試和對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程,因此成為眾多單片機(jī)芯片的首選。同時(shí),AVR系列單片機(jī)內(nèi)部集成有TWI接口,彌補(bǔ)了其他型號(hào)單片機(jī)依靠時(shí)序模擬完成I2C芯片工作的缺陷。本文通過對(duì)TWI總線的詳細(xì)介紹,旨在介紹一種對(duì)TWI總線進(jìn)行編程的方法,對(duì)TWI的正確使用具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

 AVR系列的單片機(jī)內(nèi)部集成了TWI(Two-wire SerialInterface)總線。該總線具有I2C總線的特點(diǎn),即接線簡(jiǎn)單,外部硬件只需兩個(gè)上拉電阻,使用時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA就可以將128個(gè)不同的設(shè)備互連到一起;而且支持主機(jī)和從機(jī)操作,器件可以工作于發(fā)送器模式或接收器模式,數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)400 kHz。正因?yàn)門WI總線具有這么多的優(yōu)點(diǎn),因此受到了使用者的青睞。

  由于該總線與傳統(tǒng)的I2C總線極其相似。因此不少人誤以為TWI總線就是I2C總線,其實(shí)這只是一種簡(jiǎn)單化的理解。TWI總線是對(duì)I2C總線的繼承和發(fā)展。它定義了自已的功能模塊和寄存器,寄存器各位功能的定義與I2C總線并不相同;而且TWI總線引入了狀?yuàn)Y寄存器,使得TWI總線在操作和使用上比I2C總線更為靈活。在實(shí)際應(yīng)用上,由于大部分單片機(jī)內(nèi)部沒有集成I2C總線,因此單片機(jī)的控制是通過模擬I2C總線的時(shí)序來完成其操作的。

  AVR系列的單片機(jī)內(nèi)部集成了TWI總線,而且其用法也比I2C更為靈活。本文結(jié)合一個(gè)實(shí)例對(duì)TWI總線的內(nèi)部模塊、工作時(shí)序和工作模式進(jìn)行了詳細(xì)介紹,目的在于正確區(qū)分TWI總線和傳統(tǒng)的I2C總線,對(duì)如何正確使用TWI總線編程也具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

  1 TWI內(nèi)部模塊

  TWI內(nèi)部由總線接口單元、比特率發(fā)生器、地址匹配單元和控制單元等幾個(gè)子模塊組成,如罔1所示。圖中,SCL、SDA為MCU的TWI接口引腳。引腳的輸出驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)波形斜率限制器以滿足TWI規(guī)范;引腳的輸入部分包含尖峰抑制單元,以去除小于50ns的毛刺??偩€接口單元包括數(shù)據(jù)與地址寄存器TWDR、START/STOP控制器和總線仲裁判定硬件電路。比特率發(fā)生器單元用來控制TWI工作于主機(jī)模式時(shí)時(shí)鐘信號(hào)SCL的周期,具體由TWI狀態(tài)寄存器TWSR的預(yù)分頻系數(shù)以及比特率寄存器TWBR設(shè)定;當(dāng)TWI工作于從機(jī)模式時(shí),無需對(duì)比特率或預(yù)分頻進(jìn)行設(shè)定。地址匹配單元將檢測(cè)從總線上接收到的地址是否與TWAR寄存器中的7位地址相匹配??刂茊卧O(jiān)視TWI總線,根據(jù)TWI控制寄存器TWCR的設(shè)置作出相應(yīng)的響應(yīng)。

  2 TWI的工作時(shí)序

  TWT接口是面向字節(jié)和基于中斷的。所有的總線事件(例如接收到一個(gè)字節(jié)或發(fā)送一個(gè)START信號(hào)等),都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)TWI中斷。由于TWI接口是基于中斷的,因此TWI接口在字節(jié)發(fā)送和接收過程中,不需要應(yīng)用程序干預(yù)。TWCR寄存器的TWI中斷允許TWTE位和SREG寄存器的全局中斷允許一起決定應(yīng)用程序是否響應(yīng)TWINT標(biāo)志位產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求。如果TWIE被清零,則應(yīng)用程序只能采用輪詢TWINT標(biāo)志位的方法來檢測(cè)TWI總線狀態(tài);如果TWINT標(biāo)志位被置位,則表示TWI接口完成了當(dāng)前的操作,等待應(yīng)用程序響應(yīng)。在這種情況下,TWI狀態(tài)寄存器TWSR包含了當(dāng)前TWI總線的狀態(tài)值。應(yīng)用程序可讀取TWCR的狀態(tài)碼,判別此時(shí)的狀態(tài)碼是否正確,并通過設(shè)置TWCR與TWDR寄存器來決定下一個(gè)TWI總線周期TWI接口應(yīng)如何工作。典型的主機(jī)字節(jié)發(fā)送的工作時(shí)序如圖2所示。

  3 TWI的工作模式

  TWI可以工作于4種不同的模式,即主機(jī)發(fā)送模式(MT)、主機(jī)接收模式(MR)、從機(jī)發(fā)送模式(ST)和從機(jī)接收器模式(SR)。即使同一應(yīng)用程序也可以使用幾種模式。例如,TWI可用MT模式向TWI的EEPROM寫入數(shù)據(jù),用MR模式從EEPROM讀取數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)中有其他主機(jī)存在,則它們可能給TWI發(fā)送數(shù)據(jù),此時(shí)可以用SR模式。由應(yīng)用程序決定采用何種模式。由于在實(shí)際使用過程中,多使用主機(jī)發(fā)送模式,所以只對(duì)主機(jī)發(fā)送模式作詳細(xì)介紹,其它模式下格式和狀態(tài)可以依此類推。

  在主機(jī)發(fā)送模式下,主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。為了進(jìn)入主機(jī)模式,必須先發(fā)送START信呼;緊接著的地址包格式?jīng)Q定是進(jìn)入MT或MR模式。如果發(fā)送SLA+W,則進(jìn)入MT模式;如果發(fā)送SLA+R,則進(jìn)入MR模式。主機(jī)發(fā)送模式的格式和狀態(tài)如圖3所示。

  4 TWI的編程實(shí)例

  下面將通過一個(gè)具體的實(shí)例來說明如何在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)TWl進(jìn)行編程。本程序的主要功能是向PCA9554中寫入數(shù)據(jù),若錯(cuò)誤則返回一1;否則返回O。其中參數(shù)command為命令字節(jié),data為要寫入的數(shù)據(jù)。

  5 結(jié)論

  AVR系列單片機(jī)內(nèi)部有可編程Flash,自帶EEPROM,支持JTAG接口片內(nèi)調(diào)試和對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程,因此成為眾多單片機(jī)芯片的首選。同時(shí),AVR系列單片機(jī)內(nèi)部集成有TWI接口,彌補(bǔ)了其他型號(hào)單片機(jī)依靠時(shí)序模擬完成I2C芯片工作的缺陷。本文通過對(duì)TWI總線的詳細(xì)介紹,旨在介紹一種對(duì)TWI總線進(jìn)行編程的方法,對(duì)TWI的正確使用具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

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