可編程數字電位器與AVR單片機的通信說明

2.2數字電位器I2C總線時序及指令

2.2.1一般I2C總線通信時序

　　X9221系列數字電位器其接口是按標準的I2C總線設計的，因此，硬件連接非常簡單，只需把串行時鐘線SCL、串行數據線SDA與之對應相連即可。其通信完全符合I2C總線協議要求，串行時鐘線SCL、串行數據線SDA按照規定的協議產生一序列脈沖串，進而完成傳輸一組數據的任務。參見圖2 I2C總線通信時序。

X9221系列數字電位器完全以從機的身份出現在I2C總線上，它不可以主機的身份出現在I2C總線上，也就是說對其寄存器的讀寫操作都受控于主機，這一點一定要在硬件和軟件設計上留意。當主機發出"START"信號后，從機(X9221A)芯片即將拉高SDA線，表明放棄數據線權限由主機控制，主機發送一個字節后再由從機(X9221A)芯片自動拉低SDA線，表明數據收到，如果此時從機將SDA線拉不低，表明從機沒有正常接受數據，主機必須啟動下一個寫周期。可以理解為主機每發送一個字節后都會等待一個ACK回答響應信號，否則，主機認為從機(X9221A)沒有正常接收數據。

2.2.2 X9221指令表

　　表1是X9221所有指令說明，其中前4種指令的正常執行需要在串行數據線上至少有3個步驟：①通過數據線寫從機地址；②寫指令；③寫數據。才能完成一個寄存器的讀或寫，這4種指令適用于X9221三字節時序格式操作。如果是寫在WCR類型的寄存器中，掉電后數據丟失，寫在DATA類型的寄存器中，掉電后數據存在其中；全局轉換的4種指令的正常執行需要在串行數據線上至少有2個步驟：①通過數據線寫從機地址、②寫指令，才能完成所有寄存器之間的數據交換，適用于X9221兩字節時序格式操作；最后一種"+／-"指令相當于"在線"上下調節電位器中間抽頭，比較直觀，很好理解。"+／-"指令僅訪問WCR類型寄存器，且只是寫操作，如果數據線SDA保持高電平，下一個時鐘信號SCL周期到來，WCR寄存器數據"+1"。如果數據線SDA保持低電平，下一個時鐘信號SCL周期到來，WCR寄存器數據"-1"。然而，不管哪種命令，只要寫DATA類型的寄存器(芯片內的E2ROM存儲單元)，寫操作要花費大約10 ms時間才能完成，在設計通信軟件時一定要特別留意。

3 AVR系列單片機與數字電位器硬件和軟件設計

3.1 X9221數字電位器與AVR系列單片機硬件接口

　　X9221數字電位器與AVR系列單片機硬件接口如圖3所示。硬件連接非常簡單，只需將所有設備串行數據線SDA、串行時鐘線SCL相連接并接10 kΩ左右的上拉電阻即可。連接在I2C總線上的邏輯電平為"線與"邏輯關系，只要有一個設備將其拉低，總線上即出現低電平，當所有設備總線都懸掛起時呈現高阻狀態。主機發送模式就是向其中一個外設寫入數據，首先產生一個啟動信號"START"，"START"發送成功后才向外設發送設備地址，地址發送成功后，再發送數據，數據可以是1～N個字節，所有數據發送完成，最后發送"STOP"完成主機寫的過程。主機接收模式也是一樣的，過程類似。對X9221來說地址發送完成后，必須發送指令模式，告訴X9221目前將做什么，指令的含義上面已提到，指令模式后是一組數據，其它過程一樣。

為了使I2C總線處于正常狀態，所有總線上的設備必須加電，如果有一個設備沒有加電，總線將處于不正常工作狀態。在總線上有幾個設備同時欲將發送數據時，競爭中某主機發現仲裁失敗后，應立即回到從機狀態或放棄總線請求，保證獲取總線控制權的主機正常發送數據；不同的主機有不同的總線時鐘頻率，通過SCL信號"線與"來保證，即高電平為高電平中最短的，低電平為低電平中最長的，也就是說協議"照顧"了速度最慢的設備；集結在總線上所有的傳送必須包含相同數目的數據包，否則，多主機系統中仲裁結果無法定義，這在設計上要特別注意。

3.2 X9221數字電位器與AVR系列單片機通信軟件設計

　　下面是一個通過查詢由atmega16單片機向X9221發送數據的例程，在這個例程中需要注意的是TWINT標志利用軟件寫"1"進行清零(清除硬件置位標志)，而當前發送完成后由硬件自動將TWINT標志置"1"，TWINT標志是不能通過硬件清零的；每次通過檢查TWINT標志判斷當前發送是否完成，通過讀取狀態寄存器TWSR的值判斷發送的數據是否正確。