基于DSP虛擬I2C總線軟件包的設計及應用實例

數字信號處理器(DSP)在各領域中的應用已日趨廣泛，其中TI(Texas Instrument)公司的TMS320系列芯片占據了主導地位。TMS320F206(簡稱F206)由于具有片內32K字的Flash，支持JTAG掃描端口的仿真調試，并支持程序的串行下載，便于開發設計及產品的軟件升級，因而在中高檔儀器開發中受到青睞。

DSP的處理速度雖然較高，但直接支持的I/O口線較少，控制能力相對較弱，因而與外部器件接口采用串行方式較為適合。常用的串行接口和串行總線有UART、I2C總線，由于I2C總線提供了較完善的總線協議，且接口電路簡單，因而得到廣泛的應用。目前，已有很多外圍器件支持I2C接口，但多數MCU并不直接支持I2C總線，因而采用I/O口線模擬I2C的方式成為一種通用解決方案。但由于I2C總線協議的復雜性及操作管理的特殊性，仍給此類方式的開發造成了較大不便。好在文獻中提出了一種按平臺模式設計的、適用于80C51的虛擬I2C總線軟件包，大大簡化了80C51的I2C接口程序設計，使用戶無需了解I2C總線協議的細節，即可實現相應的接口。文獻中也給出了一種用于MSP430單片機的軟件包。由于DSP尚無此類軟件包，為簡化DSP的此類I2C接口程序設計，本文參照文獻中的設計原則，設計了一種適用于TMS320C2XX系列DSP開發的軟件包。

1 虛擬I2C軟件包的設計

根據文獻中所提到的最佳包容性設計、后歸一化設計、前歸一化設計原則，軟件包進行了如下定義。

(1)適用范圍

① 適用主發送和主接收方式。I2C總線有4種工作方式：主發送、主接收、從發送、從接收。因實際DSP多工作于I2C總線的主方式，因而軟件包設計為主方式。

② 適用TMS320C2XX系列與I2C總線外圍器件的接口，支持對外圍器件N字節的讀寫，通信方式為對虛擬節點尋址后點對點的讀寫。

③ 模擬I/O口線可選擇4根通用I/O口線(I/O0~ I/O4)中的任意兩根。

(2)軟件包結構設計

TMS320C2XX系列產品，基本包括4根通用I/O口線I/O0~I/O4(由于XF僅能作為輸入口線，BIO僅能作為輸出口線，因而暫不考慮)。它們的輸入輸出方向由ASPCR的低4位來設定，相應口線狀態的設定或讀取由IOSR寄存器控制。但此處DSP與80C51有所不同，口線的輸入輸出狀態不是自動切換的，且ASPCR、IOSR寄存器都不支持位尋址方式，因而在進行I2C總線工作方式模擬時較為繁瑣。為避免所用寄存器其它狀態位的改變，需通過較多的與、或操作來改變指定I/O口線的狀態，因而本軟件包與80C51的虛擬I2C軟件包結構稍有不同。當然，這些均在軟件包內部完成，使用者不必了解具體細節，用戶接口同樣簡單易用。

① 軟件包組成。為模擬I2C總線的操作時序，軟件包中包括了2個宏定義和12個子函數。

(a)時序模擬子程序

Sendb--發送起始標志，啟動I2C總線；senda--發送確認標志；

Sendna--發送非確認標志；Sende--發送結束標志。

(b)操作模擬子程序

geta--接收確認標志；sendd--發送8位數據；

getd--接收1個字節數據。

(c)數據讀寫子程序

wrnbyte--寫入N字節；rdnbyte--讀取N字節。

(d)其它宏及子函數

subsendd--根據標志位C設置模擬數據口線的狀態；toggleclk--切換模擬時鐘口線狀態；

Xdelay--延時子程序；Sdainm--將模擬數據口線A配置為輸入口線；

sdaoutm--將模擬數據口線配置為輸出。

因DSP的工作頻率一般遠高于I2C總線的操作頻率，因而這里需專用的延時子程序降低模擬時鐘口線頻率。本文所給出的源程序為F206采用40 MHz晶振時的情況，用戶使用時可隨實際情況調整延時時間。

② 軟件包符號定義。軟件包中包括如下符號定義：

VSDA、VSCL--分別定義了模擬數據口線和模擬時鐘口線對應的屏蔽位，因DSP中對通用I/O口線的操作不能通過位操作來實現，因而僅能屏蔽位來定義，如采用IO3模擬數據線、IO2模擬時鐘線，則可定義IO3為08h、IO2為04h；

RAM0--為數據暫存用的臨時存儲單元；

RIO--為用于保存I/O口線當前狀態的存儲單元；

SLA--用于保存總線上節點地址并確定傳輸方向的存儲單元；

NUMBYTE--待發送或接收的字節數存儲單元；

MTD--發送數據緩沖區；

MRD--接收數據緩沖區。

以上符號中RAM0、RIO、SLA、NUMBYTE為頁內地址，與當前的頁指針DP內容設置有關；MTD、MRD為絕對地址，與DP內容無關。

③ 資源占用。使用了輔助寄存器AR0、AR1、AR2、AR6、ACC、ASPCR、IOSR等資源。

④ 應用接口。軟件包將wrnbyte、rdnbyte作為唯一的出口接口，用戶僅需正確設置對應儲存單元的內容，調用相應子函數即可：

splk ＃SLAR/ SLAW,SLA；寫入傳輸節點地址及傳輸方向

splk ＃N，NUMBYTE ;寫入待傳輸字節數

;若輸出，設置輸出緩沖區內容

call wrnbyte/rdnbyte

3 應用實例

3.1 器件相關功能簡介

X1203是帶時鐘/日歷電路和兩個鬧鐘(報警)的低功耗CMOS實時時鐘芯片。提供了雙埠時鐘和報警寄存器，在讀寫操作期間也能精確工作。其工作電壓從2.5~6 V均可，工作電流小于1uA。時鐘使用低成本的32.768 kHz晶體輸入，以秒、分、時、日、星期、月和年為單位記錄時間，具有閏年自動矯正功能，并對少于31天的月份自動調整；可通過設置中斷標志按指定時間激活中斷引腳，滿足大多數用戶對定時器編程的需要。該芯片引腳結構如圖1所示(SOIC封裝)。

其中SCL為時鐘輸入端，數據隨該時鐘信號同步輸入器件或從器件輸出。此引腳上的輸入緩沖器始終激活。SDA端為雙向引腳，用于串行數據的輸入輸出；具有漏極開路，可與其它漏極開路或集電極開路輸出進行線或；需上拉電阻，與SCL引腳配合，可實現400 kHz的2線I2C接口。VBack為備用電源輸入端，用于VCC出現故障時向器件供電。是中斷信號輸出端，可通過設置報警寄存器按指定時間在該端產生報警信號；漏極開路，低電平有效。X1、X2分別為反相放大器的輸入、輸出端；可在X1端接入32.768 kHz的方波基準，或在X1、X2端接入32.768 kHz的石英晶振，配置成片內振蕩器，在初始上電后至少有一個字節寫入RTC寄存器時，時鐘才開始計數。