I2C接口

I2C是一种多向控制总线，它是由PHILIPS公司在二十世纪八十年代初设计出来的，利用该总线可实现多主机系统所需的裁决和高低速设备同步等功能，是一种高性能的串行总线。I2C总线只用两根双向传输线就可以将128个不同的设备互连到一起。这两根线一根是时钟线SCL，一根是数据线SDA。外部硬件只需要接两个上拉电阻，每根线上一个。所有连接到总线上的设备都有自己的地址。

I2C总线上传输的数据是通过在时钟线（SCL）高电平期间所对应的数据线（SDA）上的电平来判别的。在SCL线拉高期间对应到SDA线的电平，如果为高则这位数据为1，反之则为0。只有在SCL线为低电平期间，SDA线才可以更新下一位数据。

除了传送的数据以外，I2C总线在每一帧数据传送之前，还会有一个启动信号，以通知从机准备接收数据。在数据传送结束之后，也会有一个停止信号，以通知从机数据传输结束。在SCL为高电平期间，若对应的SDA线上有一个由高变低的电平下降沿，表示这是一个启动信号。同样，在SCL为高电平期间，若对应的SDA线上有一个由低变高的电平上升沿，表示这是一个停止信号。当已经有一个启动信号之后，在没有停止信号出现之前若再次出现启动信号，则表示该信号是一个重新启动信号，它主要用于在主机不放弃总线控制的情况下启动新的传送。

在启动信号之后紧接着的是地址帧，所有的地址包均为9位，包括7位地址位、1位READ/WRITE控制位（即方向位，表明是主机写从机还是从机写主机）与1位应答位。如果READ/WRITE为1，则执行读（从机写主机）操作；否则执行写（主机写从机）操作。从机被寻址后，必须在第九个SCL(ACK)周期通过拉低SDA作出应答。

地址帧发送后，紧接着就要发送数据帧。所有在I2C总线上传送的数据包长度为9位，包括8位数据位及1位应答位。在数据传送中，主机产生时钟及START与STOP状态，接收器响应接收。应答是由从机在第9个SCL周期拉低SDA实现的，如果接收器在第9个SCL周期使SDA为高，则发出的是NACK信号。NACK信号是接收器在完成了最后数据的接收，或者由于某些原因无法接收更多数据时，才在收到最后字节后发出去通知发送器的。

I2C总线上一个完整的传输过程将包含地址包和数据包。发送主要由START状态、SLA+R/W、至少一个数据包及STOP状态组成。一个典型的数据传送的过程可用下图来描述。

LPC824在硬件上完整支持I2C接口规范，并配有4个I2C接口（具体引脚取决于开关矩阵SWM的配置），它们具有以下特性。

（1）独立的主机、从机和监控器功能。
（2）支持多主机和带从机功能的多主机。
（3）硬件支持多个I2C从机地址。
（4）可以通过一个位屏蔽或一个地址范围选择性验证一个从机地址，从而响应多个I2C总线地址。
（5）通过软件辅助支持10位寻址。
（6）支持SMBus。
（7）支持I2C总线规格达到超快速模式（高达1兆赫）。

LPC824提供一个基于片上ROM的I2C API，以配置和操作I2C接口。

下图是I2C接口的功能框图。

在LPC824中，一共有四组I2C接口，分别为I2C0/1/2/3。I2C0组接口引脚是固定的（PIO0_10和PIO0_11），通过开关矩阵使能，支持超快速模式。I2C1/2/3这三组接口的引脚都是可移动的，可被分配至任何引脚。除PIO0_10和PIO0_11引脚以外，其他组的引脚不是开漏引脚，也不支持超快速模式，所有的引脚均支持400 kHz比特率。下表给出了这些引脚各自的SWM配置寄存器。

从上表中可以看出，I2C0接口的引脚是固定的，通过PINENABLE0寄存器来使能（详见“开关矩阵SWM”一章）。其他三组I2C接口的共8个引脚可以被分配到任意一个物理引脚上，涉及到PINASSIGN9、PINASSIGN10共2个配置寄存器，接下来就分别给出这两个寄存的具体结构。

下表给出的是引脚分配寄存器PINASSIGN9的全部位结构，其字节地址为0x4000C024。

（1）第0到7位为SCT_OUT5功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（2）第8到15位为I2C1_SDA功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（3）第16到23位为I2C1_SCL功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（4）第24到31位为I2C2_SDA功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。

下表给出的是引脚分配寄存器PINASSIGN10的全部位结构，其字节地址为0x4000C028。

（1）第0到7位为I2C2_SCL功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（2）第8到15位为I2C3_SDA功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（3）第16到23位为I2C3_SCL功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。
（4）第24到31位为ADC_PINTRIG0功能分配引脚，可选范围从PIO0_0到PIO0_28一共29根引脚，默认为未分配状态。

下表给出了I2C接口用到的全部寄存器描述。

由于LPC824的I2C接口功能很完善，所以涉及到的寄存器较多，它一共使用了18个寄存器来进行控制，应用上有些复杂。下面给出了上述寄存器对应的结构体定义。

typedef struct {
__IO uint32_t CFG;
__IO uint32_t STAT;
__IO uint32_t INTENSET;
__O uint32_t INTENCLR;
__IO uint32_t TIMEOUT;
__IO uint32_t CLKDIV;
__I uint32_t INTSTAT;
__I uint32_t RESERVED0;
__IO uint32_t MSTCTL;
__IO uint32_t MSTTIME;
__IO uint32_t MSTDAT;
__I uint32_t RESERVED1[5];
__IO uint32_t SLVCTL;
__IO uint32_t SLVDAT;
__IO uint32_t SLVADR0;
__IO uint32_t SLVADR1;
__IO uint32_t SLVADR2;
__IO uint32_t SLVADR3;
__IO uint32_t SLVQUAL0;
__I uint32_t RESERVED2[9];
__I uint32_t MONRXDAT;
} LPC_I2C0_Type;

为了将4个I2C的基址指针强制转换为上述结构体，还要加上下面的定义。

#define LPC_I2C0_BASE 0x40050000UL
#define LPC_I2C1_BASE 0x40054000UL
#define LPC_I2C2_BASE 0x40070000UL
#define LPC_I2C3_BASE 0x40074000UL
#define LPC_I2C0 ((LPC_I2C0_Type *) LPC_I2C0_BASE)
#define LPC_I2C1 ((LPC_I2C0_Type *) LPC_I2C1_BASE)
#define LPC_I2C2 ((LPC_I2C0_Type *) LPC_I2C2_BASE)
#define LPC_I2C3 ((LPC_I2C0_Type *) LPC_I2C3_BASE)

I2C接口涉及到的寄存器较多，后面会对它们进行具体分析。

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