|
看了一些書，沒能完全理解。不理解就只能照抄別人的東西，這個沒意思。于是，拋開所有的書，站在設(shè)計者的角度，來自己設(shè)計一下。（個人見解啊） 首先，不是說什么I2C總線，而是先確定是由兩條線來實現(xiàn)兩個器件之間的通訊。 第二，因為兩個器件都要有對數(shù)據(jù)的處理，因此兩個器件都會有微處理器也即你必須將主從器件都當(dāng)作微處理器來對待，所以，在設(shè)計時，必須對兩個器件的端口要一同考慮，對各器件的內(nèi)部也要考慮處理程序，而不是象現(xiàn)在的教科書上對主器件說得多，而對從器件說得太少。 第三，根據(jù)第二條，我們在設(shè)計時必須同時考慮到主從器件四個端口的工作，包括時序圖中也應(yīng)該有四個端口的狀態(tài)，而不應(yīng)該在時序圖中只考慮線上狀態(tài)。 第四，就是確定一次傳輸一字節(jié)，而且做到雙向傳輸。 以上是在設(shè)計總線時的幾個原則，都很重要。其中第二條，關(guān)系到總線標(biāo)準(zhǔn)或者說是規(guī)格問題，不同的處理方式，就會產(chǎn)生不同的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而關(guān)系到這個標(biāo)準(zhǔn)之下的所有的器件的設(shè)計及生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。 好了，依據(jù)以上，我們現(xiàn)在開始設(shè)計。 一、傳輸方式設(shè)計 設(shè)計的第一步，是先確定采用兩條線的方式，能否實現(xiàn)傳輸，以及傳輸?shù)姆绞揭簿褪菢?biāo)準(zhǔn)。這是這個總線的核心，就象發(fā)動機(jī)的核心機(jī)一樣，確定了這個核心之后，才能在這個基礎(chǔ)上完成其它的要求，比如尋址、區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)與命令。另外，可以實現(xiàn)通訊的傳輸方式可能有多種，你要根據(jù)后續(xù)功能需要來確定最優(yōu)方式。 傳輸設(shè)計的第一步，是對器件的初始值的確定。其它的初始值這里不考慮，只考慮四個端口的工作方式。我們知道有四種方式，我們可以采取窮舉法，這里先設(shè)定四個端口均設(shè)置為準(zhǔn)雙向方式，這個方式下，每條傳輸線上的值就是兩個端口輸出值的“與”，即兩個端口同時輸出高電平，線上才是高電平，這個很重要，我們知道器件要檢測傳輸線的電平狀態(tài)變化的。 我們再確定兩條線的工作分工，這個分工，我們在以下的設(shè)計中確定。 啟動信號 然后器件開始工作，第一步當(dāng)然是主器件要告訴從器件：我準(zhǔn)備要向你傳輸了。那就發(fā)一個信號吧？我們先看看發(fā)一個從低到高的電平，對方能不能感覺到變化：如果對方輸出的是高，那么線上就會從低電平變化為高電平，這個就有變化，能行；如果對方輸出的是低電平，那線上依然是低電平，這個就行不通了。這就確定了一個可行方案：確定兩條線中的一條線來做傳輸啟動信號，初始設(shè)置主器件端為低電平，從器件端為高電平。當(dāng)然，這個不是I2C的標(biāo)準(zhǔn)。我們在后面的設(shè)計中可以理解為什么I2C不采用這個方案。 我們再來看看I2C的方案即第二個方案，確定由一條線做啟動，兩端口初始設(shè)置均為高電平，主器件發(fā)低電平，線上則變?yōu)榈碗娖剑瑥钠骷蜋z測到了變化。 前面說過，主從器件均作為微處理器看待，從器件在設(shè)計中，在待機(jī)時，一是要將此端口設(shè)為高電平，二是要不斷檢測這個端口的狀態(tài)，一旦檢測到了變化，則立即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。 這里有個問題，按說另一條線即數(shù)據(jù)線的狀態(tài)對這個啟動是沒有影響的，它兩端的電平是不需要初始化的，但我看現(xiàn)在的程序中都進(jìn)行了初始化，有必要么？還有現(xiàn)在的程序中開頭就進(jìn)行了時鐘線的兩端拉高然后再拉低，這個已經(jīng)在初始化時拉高過，以及每一次傳輸完成后都進(jìn)行了拉高，有必要再拉高一次么？有興趣的可以實驗驗證一下，如果真是這樣，那程序就可以減減肥了，這也是我們在做程序應(yīng)用時，從設(shè)計角度充分理解其原理的原因。 這里思考一下：從機(jī)檢測到也就是接收到信號并完成接收準(zhǔn)備工作后，要不要對主器件做一個應(yīng)答說我準(zhǔn)備好了？有沒有必要？I2C是沒有的，這個在I2C里面是對的，但如果做其它的總線設(shè)計，則是必須考慮到的。 傳輸字節(jié) 首先確定是一次傳輸一個字節(jié)即八位，這個沒說的。然后是先高位后低還是先低后高的確定，這個理論上都可以，你自己定就是了。I2C選擇的是從高到低。如果你選擇先低后高，那就不是I2C總線標(biāo)準(zhǔn)了，你自己得另外起個名字。 然后確定用哪條線來傳，這個先確定采用另一條線來專門傳送字節(jié)，給這條線起個名字“數(shù)據(jù)線”。 先傳送第一位，將其值放在數(shù)據(jù)線上，并告訴從器件可以讀數(shù)據(jù)了，然后從器件讀，放一位就告訴一次并讓對方讀一次，這個“告訴”的工作，就分給那條“啟動”線了，這個時候我們可以給這條線起個名字叫“時鐘線”。怎么讀？什么時候讀？這個就要考慮在發(fā)送數(shù)據(jù)之前的四個端口的電平初始值設(shè)計了。首先數(shù)據(jù)線接收端口必須輸出高電平，這樣發(fā)送端的變化才能直接影響數(shù)據(jù)線電平的高低。 然后就是時鐘線兩端的初始電平設(shè)計。因為從器件要跟著主器件的端口電平變化來區(qū)分位數(shù)變化，故其端口應(yīng)輸出為高。主器件理論上在這一步設(shè)為高或低是都可以的，考慮到后面的其它工作，I2C確定的是低電平。這里從器件還要做的一件事是不斷檢測時鐘線電平。 初始設(shè)置完成了，根據(jù)前面的分析，數(shù)據(jù)第一位在時鐘線低時放在數(shù)據(jù)線上，穩(wěn)定后（這就是延時的來由）主器件拉起時鐘線電平以告訴從器件可以讀第一位數(shù)據(jù)了。從器件在一定時間內(nèi)讀取，主器件認(rèn)為在這個時間內(nèi)已經(jīng)讀取了數(shù)據(jù)線上的電平，然后拉低電平，穩(wěn)定后在數(shù)據(jù)線上放上第二位，再重復(fù)至所有八位傳輸完成。 應(yīng)答 從器件收完八位數(shù)，主器件就停下，需要確認(rèn)從器件是否收到了這一字節(jié)數(shù)據(jù)，那么從器件就要給個答復(fù)。這個信號必須由從器件發(fā)出。再次強(qiáng)調(diào)在理解這個總線的原理時必須同時考慮從器件。 我們知道在主器件發(fā)送數(shù)據(jù)時，從器件的兩個端口輸出的都是高電平，那么理論上，我們可以讓任一條線上從器件的端口輸出低電平來告訴主器件，這時只需要主器件對應(yīng)端口輸出高電平就行了，然后主器件對此線的電平進(jìn)行檢測，如果是低電平，則判斷收到了從器件的應(yīng)答信號，否則主器件就認(rèn)為從器件沒能完成這段字節(jié)的接收（這個情況主器件就要另外處理了）。 I2C是選擇的哪種方式？自己查。 傳輸結(jié)束 這個是主器件的事，它說傳完了，得告訴從器件，也就是說，這個信號，得主器件來發(fā)出。 既然是主器件發(fā)信號，那從器件的接收端必須設(shè)置為高電平輸出。但這時，從器件也有了一個條件，知道主器件已經(jīng)發(fā)完一段數(shù)據(jù)了，有可能會發(fā)終止信號，也有可能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)（這種總線設(shè)計方案，有沒有繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的可能，需要在后面的設(shè)計中從理論上論證）。在接收終止信號這點上，從器件與啟動時的準(zhǔn)備是有區(qū)別的。這種條件上的區(qū)別，在總線設(shè)計時是必須考慮到的。 做不同的事，就要有不同的信號或者說是對不同狀態(tài)的判斷。前面已經(jīng)用了幾種了，我們得找一種與前不同的狀態(tài)。前面放數(shù)據(jù)位時，是主器件讓時鐘線在低位；應(yīng)答時，數(shù)據(jù)線是從器件讓其在低位。那么，我們在終止時，主從器件讓時鐘線在高位，主器件讓數(shù)據(jù)線在低位（這個時候，從器件端口輸出高與低，有沒有關(guān)系，可以再思考一下），是不是跟其它情況有區(qū)別？當(dāng)然有了，就用它了。 以上，完成了主器件向從器件的數(shù)據(jù)傳輸，包括啟動、字節(jié)傳輸、從器件的應(yīng)答、主器件決定傳輸結(jié)束。到此為止，可以說，核心機(jī)已經(jīng)完成了。
從器件使能； 命令與數(shù)據(jù)的區(qū)分； 從器件數(shù)據(jù)讀出； 從器件的數(shù)據(jù)存放及讀出的數(shù)據(jù)地址； 數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸?shù)目赡埽?/font> 多從器件的可能及尋址； 多主器件的可能及競爭； 其它。 以上完成后，就是細(xì)節(jié)的制定，也是標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之一了。在論證的過程中，如果有任意一項達(dá)不到，就要考慮從頭設(shè)計了，甚至考慮兩線方式是否合適（注意第7項其它）。當(dāng)然，如果某一功能不能實現(xiàn)，也不能說這個總線標(biāo)準(zhǔn)就是廢物，要看你用在哪。 以上所有完成之后，才成為一種總線標(biāo)準(zhǔn)。
其它說明 兩線方式有很多種，I2C的方式，屬非固定波率方式，也就是說節(jié)拍沒有固定時間間隔，甚至節(jié)拍沒說要固定一致，就是說你一會快一會慢也是可以滿足要求的。這點，對我們后面的驗證及實踐很重要。 時序圖中一定要有四端口的時序圖，然后才是四端口的時序“與”之后的線上時序圖，不然理解起來真的困難，反正我是被現(xiàn)在的時序圖弄暈了。 四、驗證方法 對I2C驗證的最好方法，當(dāng)然是用兩片單片機(jī)來實現(xiàn)，這種方法，你可以徹底了解這個總線。 第二種簡易方法，不用邏輯分析儀而是很直觀地用LED，就是自己搭建電路，將時鐘線（注意是時鐘線上電平，下數(shù)據(jù)線同）的狀態(tài)送到另外的端口接一個LED，數(shù)據(jù)線的狀態(tài)送到另外八個端口接LED，你可以延時設(shè)定每過2秒送一位數(shù)據(jù)，這樣你連從器件的應(yīng)答都可以同步觀測到了，結(jié)束也可以觀測到了，起始狀況、數(shù)據(jù)傳輸各位是否正確等等，可以立即發(fā)現(xiàn)你的程序的問題，比邏輯分析儀還直觀迅速。這種方式，也可以延伸到固定波特率傳輸，當(dāng)然不能照抄。 PS1:實現(xiàn)一種功能，辦法是很多的，“標(biāo)準(zhǔn)”只是辦法之中的一種，它不能在你心中成為對你的約束，否則就是對人類智能的侮辱。 PS2：學(xué)習(xí)別人的方法，才是人才的做法，不然就是機(jī)器。 PS3：實在不想寫了，交差。 PS4：信了你的邪，這就三千多字了？我已經(jīng)在偷懶啊，破底線了！！！ PS5:有興趣將后面論證的東西補(bǔ)充一下，就是一篇不錯的論文。
| 
