HC32F460系列芯片的集成電路總線(I2C)模塊簡(jiǎn)介

1?摘要

本篇應(yīng)用筆記主要介紹 HC32F460 系列芯片的集成電路總線（Inter-Integrated Curcuit， I2C）模塊，并通過(guò)展示對(duì) E2PROM 讀寫(xiě)樣例代碼簡(jiǎn)要說(shuō)明如何使用 I2C 模塊。

2?I2C 簡(jiǎn)介

I2C 協(xié)議為 Philips 公司提出的一種雙線制串行通信協(xié)議，支持半雙工數(shù)據(jù)通信，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子電路產(chǎn)品中。常見(jiàn)的采用 I2C 通信協(xié)議的設(shè)備有 LCD 顯示屏驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)器E2PROM、音頻 CODEC 等等。

SMBus 總線基于 I2C 協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，為系統(tǒng)和電源控制相關(guān)的管理任務(wù)提供控制總線，因應(yīng)用于控制系統(tǒng)，所以 SMBus 與 I2C 協(xié)議相比更注重于通信過(guò)程中的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

3?HC32F460 系列的 I2C

HC32F460 系列的集成電路總線（I2C）模塊支持 I2C 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，還可配置為支持 SMBus Ver2.0 總線協(xié)議。本系列芯片擁有 3 個(gè)獨(dú)立的 I2C 外設(shè)模塊，I2C1~I2C3。

I2C 模塊基本功能如下：

支持多主多從

支持標(biāo)準(zhǔn)模式100Kbps，快速模式400Kbps。

可以設(shè)定 2 個(gè)從機(jī)地址，可以設(shè)定 7 位地址格式和 10 位地址格式，能檢測(cè)到廣播呼叫地址。

I2C 協(xié)議握手功能、仲裁功能、SCL 時(shí)鐘同步功能。

輸入信號(hào)數(shù)字濾波及模擬濾波功能

2種復(fù)位方式

4種中斷和事件輸出

可實(shí)現(xiàn) DMA 方式通信

針對(duì) SMBus 總線模式可支持功能如下：

數(shù)據(jù)傳輸速度支持 10Kbps~100Kbps

SCL 電平超時(shí)測(cè)量

快速 ACK/NACK

3.1 系統(tǒng)框圖

I2C 模塊掛載于芯片外設(shè)總線 APB4，采用外設(shè)時(shí)鐘 PCLK3 進(jìn)行分頻產(chǎn)生波特率時(shí)鐘，單個(gè)通道 I2C 模塊系統(tǒng)框圖如圖所示。

模塊內(nèi)部為數(shù)據(jù)端口 SDA 和時(shí)鐘端口 SCL 提供輸出控制和輸入濾波功能；數(shù)據(jù)輸出時(shí)，輸出寄存器 I2CDTR 通過(guò)移位寄存器 I2CDSR 傳送數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)輸入時(shí)，輸入寄存器 I2CDRR 從移位寄存器 I2CDSR 中得到輸入數(shù)據(jù)；模塊內(nèi)還包含 ACK 控制單元、仲裁單元、波特率控制單元、超時(shí)控制單元、中斷控制單元與發(fā)送接收控制單元一起實(shí)現(xiàn) I2C 通信功能。

3.2 硬件連接

本系列 I2C 模塊支持多主多從的總線協(xié)議，推薦的總線結(jié)構(gòu)如圖所示。總線的上拉電阻阻值由系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定。

芯片 I2C 功能引腳資源包含 3 個(gè)通道的 SDA 和 SCL 端口，本系列芯片的 I2C 端口可以分配在功能組內(nèi)任意端口。端口配置原理及方法請(qǐng)參考本系列芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的引腳配置及功能章節(jié)，也可以參考廠商提供樣例和驅(qū)動(dòng)庫(kù)進(jìn)行配置。

3.3 I2C 協(xié)議

I2C 總線協(xié)議請(qǐng)參考本系列芯片用戶手冊(cè)章節(jié) 27.3 的詳細(xì)介紹，包括 I2C 協(xié)議的開(kāi)始條件，地址傳送，數(shù)據(jù)傳送，停止條件，重新開(kāi)始條件，SCL 時(shí)鐘同步，仲裁、握手等。

3.4 I2C 模塊可配置功能

以下 3.4.1~3.4.4 為 I2C 模塊的基本配置功能：

3.4.1 濾波功能配置

接收數(shù)據(jù)濾波功能分為數(shù)字濾波功能和模擬濾波功能。

I2C 模塊的濾波功能默認(rèn)為禁止?fàn)顟B(tài)，需要使用時(shí)請(qǐng)?jiān)?I2C 功能使能前通過(guò)寄存器 I2C_FLTR進(jìn)行配置。

3.4.2 波特率配置

根據(jù)數(shù)字濾波功能和 I2C 波特率分頻時(shí)鐘設(shè)置的不同。

3.4.3 從機(jī)地址配置

本系列芯片有個(gè)兩個(gè)從機(jī)地址寄存器 I2C_SLR0 和 I2C_SLR1 可以同時(shí)支持兩個(gè)從機(jī)地址，可以分別支持 7 位或 10 位從機(jī)地址。

3.4.4 廣播地址匹配功能

通過(guò)寄存器標(biāo)志位 I2C_CR1.GCEN 可以使能廣播地址匹配功能，使能后從機(jī)的 I2C 設(shè)備可以接收識(shí)別到地址為 0 的廣播命令并將 I2C_SR.GCF 標(biāo)志位置位。

3.4.5 SMBus 主機(jī)地址匹配使能

SMBus 模式使能在從機(jī)接收模式時(shí)可以配置主機(jī)地址配置使能、報(bào)警響應(yīng)地址匹配使能、默認(rèn)地址匹配使能。詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考本系列芯片用戶手冊(cè) “27.3.2 地址匹配”章節(jié)。

3.4.6 SMBus 超時(shí)測(cè)量

SMBus 的超時(shí)測(cè)量包括 SCL 電平超時(shí)測(cè)量、從機(jī)的超時(shí)測(cè)量、主機(jī)的超時(shí)測(cè)量。本 I2C 模塊硬件支持 SCL 電平超時(shí)測(cè)量功能，通過(guò) TMOUTEN、HTMOUT 和 LTMOUT 寄存器可以配置超時(shí)功能，詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考本系列芯片用戶手冊(cè) “27.3.2.3 SMBus 主機(jī)地址匹配”章節(jié)。從機(jī)超時(shí)測(cè)量和主機(jī)超時(shí)測(cè)量功能可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。

3.4.7 快速 ACK 配置

在 SMBus 接收模式時(shí)，需要在第 8 個(gè)時(shí)鐘下降沿將 SCL 保持低電平，待 CPU 處理完數(shù)據(jù)報(bào)錯(cuò)誤碼（PEC）的寄存后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果軟件寫(xiě)入 ACK 位來(lái)解除 SCL 低電平狀態(tài)。可以通過(guò)I2C_CR3.FACKEN 標(biāo)志位使能此功能。

4 樣例代碼

4.1 代碼介紹

用戶可根據(jù)上述的工作流程編寫(xiě)自己的代碼來(lái)學(xué)習(xí)驗(yàn)證該模塊，也可以直接通過(guò)華大半導(dǎo)體的網(wǎng)站下載到設(shè)備驅(qū)動(dòng)庫(kù)（Device Driver Library， DDL）的樣例代碼并使用其中的 I2C 的樣例進(jìn)行驗(yàn)證。

4.2 代碼運(yùn)行

用戶可以通過(guò)華大半導(dǎo)體的網(wǎng)站下載到 HC32F460 的 DDL 的樣例代碼（i2c_at24c02），并配合評(píng)估用板（EV-HC32F460-LQFP100-050-V1.1）運(yùn)行相關(guān)代碼學(xué)習(xí)使用 i2C 模塊。

5 總結(jié)

以上章節(jié)簡(jiǎn)要介紹了 HC32F460 系列的 I2C，說(shuō)明了 I2C 模塊的寄存器及初始化操作流程，并且演示了如何使用樣例代碼，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中用戶可以根據(jù)自己的需要配置和使用 I2C 模塊。
　　責(zé)任編輯：tzh