I²C(Inter Integrated Circuit)總線是Philips公司開發(fā)的一種雙向兩線多主機總線，它能方便地實現(xiàn)芯片間的數(shù)據(jù)傳輸與控制,。通過兩線緩沖接口和內(nèi)部控制與狀態(tài)寄存器,，可方便地完成多機間的非主從通信或主從通信?；贗²C總線的多機通信電路結(jié)構(gòu)簡單,、程序編寫方便,，易于實現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的模塊化和標準化。
　　本文給出了基于I²C總線的多機通信調(diào)度指揮系統(tǒng)方案,，討論了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計,。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　本調(diào)度指揮系統(tǒng)由主機和調(diào)度操作臺兩部分組成，工作原理如圖1所示,兩者間通過RS422總線實現(xiàn)較長距離的數(shù)據(jù)傳送" title="數(shù)據(jù)傳送">數(shù)據(jù)傳送,。主機和操作臺內(nèi)部均采用分散多處理器控制,，處理器間采用I²C總線進行數(shù)據(jù)通信。

　　主機內(nèi)部采用分散控制方式,，整個交換系統(tǒng)被分割成多個用戶子系統(tǒng)及1個通信子系統(tǒng),，每個子系統(tǒng)由一個CPU處理單元負責128個用戶的呼叫控制和管理，多個子系統(tǒng)之間通過I²C組成一個無主通信總線" title="通信總線">通信總線進行信息交互(如呼叫處理信息,、維護信息等),，構(gòu)成一個完整的交換系統(tǒng)。
　　調(diào)度操作臺由操作臺控制CPU,、顯示屏及多個用戶鍵板構(gòu)成,，支持128～1024個操作按鍵和256～2048個LED指示燈，每個操作按鍵可縮位一組電話號碼對應主機內(nèi)的一個電話用戶,，雙燈組合指示該電話用戶狀態(tài),，并支持LCD中文顯示。操作臺內(nèi)部主控CPU與用戶鍵板控制CPU之間通過I²C總線組成主從通信總線進行信息交互(按鍵信息,、LED顯示信息),。
1.1 主機I²C總線構(gòu)成
　　子系統(tǒng)的CPU處理單元由Philips-80C652單片機配合外圍電路(如EPROM、RAM,、EEPROM,、譯碼和I/O驅(qū)動等)構(gòu)成，80C652具有一個支持雙向數(shù)據(jù)傳送的I²C總線串行接口,，I²C總線邏輯根據(jù)路徑自動地進行數(shù)據(jù)傳送,。CPU對I²C總線的訪問通過以下四個特殊功能寄存器完成：
　　S1CON(D8H)　　　　SIO1控制寄存器
　　S1STA(D9H)　　　　SIO1狀態(tài)寄存器
　　S1DAT(DAH)　　　　SIO1數(shù)據(jù)寄存器
　　S1ADR(DBH)　　　　SIO1從地址寄存器
　　SIO1邏輯通過P1.6/SCL和P1.7/SDA兩個引腳連接到外部I²C總線，可工作于以下四種模式：主發(fā)送模式,、主接收模式,、從接收模式、從發(fā)送模式,。各子系統(tǒng)間的I²C接口復接即構(gòu)成了主機I²C通信總線,，采用無主通信方式，每個CPU既可以響應通用地址的廣播呼叫,，也可以進行點對點通信，完全滿足程控交換的信息傳送要求且結(jié)構(gòu)簡單,。連接示意圖如圖2所示,。

1.2 調(diào)度臺I²C總線構(gòu)成
　　操作臺控制CPU板由Philips-80C652單片機配合外圍電路(如EPROM,、RAM,、EEPROM、譯碼和顯示驅(qū)動電路等)構(gòu)成,，其P1.6-SCL、P1.7-SDA為I²C總線接口SIO1,。單片機的SIO0通過MC3486/3487與主機通過RS422接口通信,，SIO1與用戶鍵板的P87LPC764通信，最多可支持63塊用戶鍵板的通信連接,。
　　每個用戶鍵板均采用Philips-P87LPC764單片機控制,，每塊鍵板提供64個用戶按鍵及128個用戶鍵燈。P87LPC764是51LPC系列OTP單片機,，其最大特點是改進型80C51系列,，增加了WDT看門狗、I²C總線,、二個模擬量比較器,、上電復位檢測，保證I/O口驅(qū)動電流達到20mA,，運行速度為標準80C51的2倍,，而且溫度范圍達到了工業(yè)級標準(－40℃～+85℃)。該芯片的I²C總線系統(tǒng)包括一個可簡化軟件驅(qū)動的I²C總線硬件,。除了必要的總線仲裁,、錯誤檢測、時鐘擴展和總線超時定時器外,，還包括一個一位接口,，這個接口通過循環(huán)查詢或中斷同步軟件。
　　采用該設(shè)計的優(yōu)點在于系統(tǒng)擴充性強,，軟件功能分擔：由P87LPC764進行按鍵掃描和LED顯示處理,，大大減輕了主CPU-80C652的負擔；由于P87LPC764性價比優(yōu)越,，比專用鍵盤電路更便宜,，功能上也可靈活改變；鍵板可按需配置,，只需簡單的4線連接(SDA,、SCL、+5V,、GND),。調(diào)度臺I²C總線連接示意圖如圖3所示。

2 I²C總線的數(shù)據(jù)傳送方式
　　I²C總線器件之間通過串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時鐘線SCL傳送數(shù)據(jù),，交換信息,。每個器件(微控制器,、LCD驅(qū)動器、存儲器或鍵盤接口)都要設(shè)置一個獨特的地址碼以示區(qū)別,。根據(jù)通訊需要,，器件可以工作于發(fā)送或接收方式，并允許有多個設(shè)備作為主站控制總線,?？偩€上主和從、發(fā)送和接收的關(guān)系僅取決于每次數(shù)據(jù)傳送的方向,。
2.1 I²C總線傳輸數(shù)據(jù)格式
　　I²C總線的數(shù)據(jù)傳送格式如圖4所示,。

　　S：start信號；
　　SLA：從機地址,，也可以是通用地址,；
　　R/W：讀寫控制位；
　　A：ACK響應,；
　　DATA0～DATA7：每組傳送8個數(shù)據(jù)字節(jié),；
　　S /P：下一個start或stop信號。
　　首先發(fā)送開始(start)信號,，然后傳送第一個字節(jié)：高7位是從機地址,，低位表示讀/寫(R/W)狀態(tài)，“0”表示寫操作,，“1”表示讀操作,。由于CPU之間采用無主通信或主從通信，一般只采用主發(fā)送和從接收模式,，因此該位均填0表示數(shù)據(jù)發(fā)送,；總線上的每個物理器件判斷接收的地址與本機地址是否一致，地址一致,，返回ACK,，進行正常的數(shù)據(jù)傳送。每個地址或數(shù)據(jù)后必須跟應答信號,，當一個正常的應答信號有效時,，SCL時鐘為高電平，接收模塊數(shù)據(jù)線SDA置低,，同時按字節(jié)傳送數(shù)據(jù),，傳送結(jié)束由發(fā)送端發(fā)送stop信號或下一個start信號。
　　從機地址由各CPU按統(tǒng)一原則進行分配,，主機各子系統(tǒng)可按各自的系統(tǒng)號從01H開始編排,，00H作為通用呼叫地址；調(diào)度臺80C652地址取01H，P87LPC764地址范圍為40H～7FH,，其它地址待擴充,。
　　處理器之間采用固定8字節(jié)數(shù)據(jù)通信：DATA0、DATA1,、DATA2、DATA3,、DATA4,、DATA5、DATA6,、DATA7,。
　　DATA0：目的地址，發(fā)送時可根據(jù)該地址確定從機地址,；
　　DATA1：源地址,；
　　DATA2：消息編碼，可按需分配,；
　　DATA3～DATA7：該消息應攜帶的其它必要信息,。
　　以調(diào)度臺為例，80C652向P87LPC764發(fā)送LED燈顯示數(shù)據(jù)：目址,、源址,、55H(消息編碼)，鍵地址,、左燈狀態(tài),、右燈狀態(tài)、#0EEH,、#0EEH,。
　　目址：即P87LPC764地址、40H～7FH,；
　　源址：即80C652地址,，01H；
　　鍵地址：每片P87LPC764所處理的按鍵地址,，00H～3FH(64鍵),；
　　燈狀態(tài)：即讓對應燈處于滅、常亮,、閃爍等狀態(tài)值,。
3 通信軟件設(shè)計
　　主機和調(diào)度臺80C652單片機上電時首先裝載本機從地址和通用地址，設(shè)置I²C總線為高中斷,。由中斷處理程序" title="中斷處理程序">中斷處理程序自動接收數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)并查詢是否有數(shù)據(jù)發(fā)送,，若有,進行相應發(fā)送處理；系統(tǒng)設(shè)置50ms定時中斷處理，集中處理接收到的信息,，按要求進行相關(guān)處理,，并查詢是否有數(shù)據(jù)需發(fā)送，若有填入發(fā)送緩沖區(qū),，設(shè)置待發(fā)送S1CON標志,，由中斷處理程序發(fā)送。流程如圖5所示,。

　　鍵板I²C總線軟件處理過程為：鍵板P87LPC764初始化,，裝載本機從地址，設(shè)置定時器I為高中斷,，I²C總線普通中斷,。主程序中進行I²C總線數(shù)據(jù)發(fā)送檢查，進行重發(fā)處理,；接收數(shù)據(jù)處理,；待發(fā)送數(shù)據(jù)處理及設(shè)置主站待發(fā)。定時器I負責監(jiān)視I²C總線,，計時溢出復位I²C接口硬件,。I²C中斷處理程序完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送工作。流程如圖6所示,。