利用接口板實現I²C芯片I/O擴展功能

摘要：文章介紹了I²C總線的概念、接口特性和I²C應用板的芯片工作特性，提出了一種利用PC通過RS232接口方式的連接方法，并且在CPU中寫入嵌入式程序，以使I²C應用板的I/O擴展口得到客戶端所需要的定義系統。介紹了接口板和I²C應用板之間的連接方式和通信協議、指令寫入等。

關鍵詞：I²C總線； PMU；RS232接口； SDA； SCL

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0018-02

I²C總線產生于20世紀80年代，最初為音頻和視頻設備開發，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態的通信。例如管理員可對各個組件進行查詢，以管理系統的配置或掌握組件的功能狀態。

1 I²C總線基本特征

I²C總線支持任何IC 生產過程 （NMOS CMOS、雙極性）。兩線——串行數據（SDA）和串行時鐘 （SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一個唯一的地址識別（無論是微控制器——MCU、LCD 驅動器、存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發送器或接收器（由器件的功能決定）。很明顯，LCD 驅動器只是一個接收器，而存儲器則既可以接收又可以發送數據。

I²C總線特征（圖1）只要求兩條總線線路：一條串行數據線SDA，一條串行時鐘線SCL；每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡單的主機/從機關系軟件設定地址。

2 I²C芯片工作特征

本設計中的產品是一款使用I²C總線或SMBus控制I/O擴展口的器件（圖2）。它提供了8位通用并行輸入/輸出 （GPIO）擴展SMBus I²C總線的應用程序。由一個8位配置（輸入或輸出選擇）；輸入、輸出和極性反轉（活躍的高或低操作活躍）寄存器。主系統可能設置I/Os要么作為輸入或輸出寫入I/O配置部分。這個數據對于每個輸入或輸出保存在相應的輸入或輸出寄存器。設置寄存器的接通電源的重置為其默認值和初始化設備狀態機。三個硬件地址（AD0，AD1，AD2）改變固定I²C總線地址和允許最多8設備共享相同的I²C總線/ SMBus。

操作參數

VCC操作范圍：1.65～5.5 V

SDA電流能限：30mA

5.5 V最大I/O輸出

極性反轉寄存器

低中斷輸出

低待機電流

噪聲濾波器在sci/SDA輸入

內部接通電源的重置

8位可編程奴隸地址使用3地址插頭

8個I/O擴展口，默認為8輸入

3 功能實現細解

本文的目的是對指定一個接口板之間的一個PC和一個用于I²C應用板。主要特征是將標準個人電腦的USB或RS232串行鏈接到專門用于PMU的數字接口。用于PMU的數字接口硬件和軟件必須盡可能地通用和使用I²C同步串行連接SPI或并行鏈接。此外，主系統必須提供一些模擬輸入為了執行模擬測量用于PMU的輸入/輸出如果需要。這個文件將指定兩個板的硬件和軟件和個人電腦軟件。

FT232RL是USB到UART轉換器，它是一個USB來串行接口與UART先進的特點：單片USB異步串行數據傳輸接口。完全集成的1024位eepm存儲設備描述符和CBUC I/O配置。256字節接收緩沖區和128字節發送緩沖區。傳輸和接收led信號。C-BUS變頻器在UART接口到+1.8V和+5V邏輯電平。USB連接， 實現了一個芯片遵循USB異步串行數據。信號使用USBDP（數據信號加上）、USBDM（數據信號moins）、VBUS發電和地面指針。在接口板， 輸入連接器是USB mini B類型。不使用FT2323RL CTS和RTS，這個RS232接口是一個低成本的接口使用MAX202裝置。這個裝置不使用CTS和RTS （硬件流控制）， 所以只有 RX、TX 。

對于接口板而言有三個可能性的電源：USB電源；板本身測試的電源；鋰電池。這個連接器供給所有的數字信號，VCC_PMU可以作為穩壓電源也可以作為非穩態電源。數字信號I/O默認為輸入時，穩態與非穩態的電源都可以作為工作電壓，而不必切換。接口板利用PLC的CPU芯片實現程序讀寫功能，但是這個PLC芯片實際工作電壓僅為3.6V。因此對于I²C應用板I/O擴展口并能滿足5V的工作要求。因為簡單的個人PC的USB輸出的電壓已經達到5V。這個接口板為微控制器和每一個內部電路提供電源（為I²C和SPI提供場效應晶體管的電平轉換或電路內部的電平轉換）。單片機PIC供電為+5V，電平轉換通過S_VIN 和+5V。數字I/O管理一些用于PMU，主系統必須提供一個6位的I/O端口從微控制器。根據用于PMU，軟件將管理這個端口。這些電線過電壓保護、地面和+ Vcc短路。當這些指針不再用于給定的測壓裝置，不連接入電路（軟件將初始化它們作為數字輸入或定義默認狀態）同步串行鏈接接口板之間的聯系和用于PMU的。這個鏈接是一個I²C或SPI總線。單片機將直接提供這些特性在專用的多路作為I/O插腳。所以軟件將從一個標準切換到另一個標準。這是為了工作中與所有當前和可用的PMU提供通路。其中一個中斷線關聯于同步串行總線。 協議層是指PC對CPU進行讀寫功能操作，并且使得I²C應用板可以在I/O擴展口獲得需要的輸入或輸出的狀態工作。每個交換PC和主板將之間遵循規則：根據該協議，向CPU寫入協議包含的命令，是PMU進行工作，進一步得到I²C應用板的I/O擴展口定義，如用于PMU狀態寄存器變化。

4 結語

本文介紹的方法表明，通過接口板完成對CPU的指令管理以使I²C應用板上的I²C器件工作并確保I/O擴展口可以工作，此方法是可行的。I²C總線技術應用于廣泛的擁有I/O口的接收機中，用8或16位位單片機對接收機的狀態進行控制，不僅減少了總線數量，提高了可靠性，而且還較大降低了成本。在實際使用時，可在I/O口加上應用電路及相應程序，利用PC通過RS232口與單片機通信，進行調試，以使I/O口具備客戶端所需的定義。

參考文獻

[1] 康華光.電子技術基礎：模擬部分第四版[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2] 李學海.PIC單片機實用教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.

作者簡介：張翎 （1984-），女，上海人，上海大學微電子研究與開發中心工程碩士在讀，研究方向：集成電路工程 。