IC串列传输的技巧论述.PDF

2 I C串列傳輸的技巧論述 （此文刊載於e 科技雜誌， vol. 43, July 2004 ） 作者: 林錫寬 這篇文章要以松翰科技公司的微控器 SN8P1708 來介紹 I²C 式同步串列通信 介面的韌體技巧。 1 規範 許多晶片間同步串列通信(inter-chip synchronous serial communication) 介 面，具有的共同特點在於提供額外一條時脈訊號線(clock line) ，解決了時脈同步 化問題。時脈線在長距離傳輸上不太可靠，但是晶片間的通信線路都在一片電路 板上，距離短，適合使用時脈線。 廣泛使用的晶片間同步串列通信介面有三種：Philips 公司的 I²C ，Motorola 公司的 SPI ，和國家半導體公司(NS)的微線介面(microwire interface) 。微線介面 和 SPI 有許多相似的規範，但是不如 SPI 彈性大，所以也不如 SPI 普遍。本文則 介紹I²C 。 I²C 全名為 inter integrated chips ，為Philips 公司的專利，製造有 I²C 的產品 （僕裝置），必須向Philips 的智財部申請授權。I²C 有三種速度模式 ：標準模式 (0~100 Kbps) ，快速(fast)模式(0~400 Kbps) ，高速(high-speed)模式(0~3.4 Mbps) 。 Philips 公司要求日後的新產品只能是快速或高速模式。I²C 的詳細規範文件為 The I²C-Bus Specification, V. 2.1 ，其可以在網站 /buses/i2c 中取得。 I²C 為二線式，一為時脈線 SCL ，另一為資料線SDA ，這二線都是雙向性。 I²C 允許多主多僕系統，所以電氣上，SCL 和 SDA 二線要透過高接電阻接於正 電源，圖 1 為快速模式的接線圖。平常不使用時，二線的訊號都處於高電位。為 了多裝置共線的功能，裝置的 SCL 和 SDA 腳位要為開洩極(open-drain)或開集極 (open-collector) 。一旦有一個腳位的開洩極導通接地，則整條線都為低電位，這 種現象稱作 wired-AND 運作；如同邏輯 AND 運算，需要共接的腳位都是 1(開洩 極斷路) ，該條線的電位才是1 。如果沒有開洩極的腳位，可以使用具內部高接電 阻的腳位，當要輸出 1 時，則設定該腳位為高接型輸入腳；而輸出為 0 時，則改 設定為輸出腳並輸出 0 的值。 VCC SDA SCL SCL Data SCL Data Out Out Out Out SCL Data SCL Data In In In In 裝置1 裝置2 圖 1 I²C 傳輸之裝置接線法。 在一回傳輸中僅能有一個主裝置，主裝置負責送出時脈訊號。時脈訊號不要 求頻率是固定的，閒置時 SCL 和 SDA 的訊號都為 1 。傳輸中，資料的取樣都在 SCL=1 的期間，資料更新則在 SCL=0 的期間（見圖 2 ）。在快速模式中，SCL=1 的期間至少要 0.6 µs ，而SCL=0 的期間至少 1.3 µs 。每一訊框的前後又一個起始 (S)和一個終止(P)訊號。起始訊號為 SCL=1 時，SDA 由 1 轉變成 0 的下降緣訊號； 而終止訊號為 SCL=1 時，SDA 由 0 轉變成 1 的上升緣訊號，請參看圖 6.7 。I²C 為位元組導向傳輸，所以資料是以 8 個位元為一單位。每當傳訊者傳了一個位元 組，收訊者要回傳一個位元的訊號，作為接收確認。如果確認無誤則傳 ACK 訊 號，否則傳 NAK 訊號，表示有誤。傳訊者在傳完一個位元組後，將 SDA 的傳 送權釋出給收訊者一個時脈週期久，即傳訊者的 SDA 腳輸出為高電位。此時， 收訊者要回傳 ACK 訊號，則將它的 SDA 腳輸出