如何使用PIC16 MSSP模块进行从机 I2C 通信

一些中档增强型内核 PIC16 单片机器件具有主同步串行端口（Master Synchronous Serial Port，MSSP）。MSSP 模块可用于实现 I2CTM 或 SPI 通信协议。在本应用笔记中，将介绍 I2C 从协议的基础知识。然后读者应该更好地了解 MSSP 模块以及它如何用于 I2C 总线上的从机通信。还将提供代码示例以帮助读者将模块实现到他们自己的设计中。

I2C 总线规范

内部集成电路 (I2C) 总线是由 Philips® Inc. 开发的广泛使用的行业标准，用于在集成电路（例如串行 EEPROM 或其他微控制器）之间传输数据。设备在主/从环境中通信，其中主设备始终发起通信，从设备通过寻址进行控制。I2C 总线可以有一个或多个主设备和一个或多个从设备。主设备是在总线上发起数据传输的设备，负责生成总线上使用的串行时钟。任何寻址的设备都被视为从设备。I2C 协议支持 7 位或 10 位寻址模式。从 MSb 开始，一次执行 8 位数据传输。

总线的物理接口由两条双向开漏线组成，一条线用于串行时钟（SCL），另一条线用于串行数据（SDA）。每条线路都需要一个上拉电阻来为线路提供电压。将线拉到地面被认为是逻辑低点，而让线浮动被认为是逻辑高点。当总线空闲时，SDA 和 SCL 均为逻辑高电平。数据传输速率在标准模式下高达 100 kbits/s，在快速模式下高达 400 kbits/s，在快速模式 Plus 下高达 1 Mbits/s，或在高速模式下高达 3.4 Mbits/s模式。在时钟的高电平期间，SDA 线上的数据必须是稳定的。SDA 线上的任何变化只能在 SCL 线上的时钟信号为低电平时发生。为每个传输的数据位生成一个时钟脉冲。

I2C 规范将启动条件定义为 SDA 线从高电平变为低电平状态，而 SCL 线为高电平。启动条件始终由主机生成，表示总线从空闲状态转换为活动状态。I2C 规范规定在开始时不会发生总线冲突；但是，如果 MSSP 模块在将 SDA 线置为低电平之前对其进行采样，则可能会发生总线冲突。

停止条件是 SDA 线从低到高状态的转换，而 SCL 线为高。在停止有效之前，必须至少出现一个 SCL 低电平时间。因此，如果 SDA 线变为低电平，然后再次变为高电平，而 SCL 线保持高电平，则仅检测到启动条件。

图 1 I2C 启动和停止条件

只要停止有效，重新启动或重复启动就有效。如果主机希望在终止当前传输后保持总线，它可以发出重新启动。Restart 对从机具有与 Start 相同的效果，重置所有从机逻辑并准备它在地址中计时。主站可能想要寻址同一个或另一个从站。这对于许多 I2C 外设很有用，例如非易失性 EEPROM 存储器，其中 I2C 写操作和读操作连续完成。在这种情况下，写操作指定要读取的地址，读操作获取数据字节。由于主设备在将内存地址写入设备后并没有释放总线，因此执行一个Restart序列来读取内存地址的内容。

图 2 I2C 重启条件

在 10 位寻址从机模式下，主机需要重启才能将数据从寻址的从机中取出。一旦从设备被完全寻址，匹配高地址字节和低地址字节，主设备就可以发出重启并发送设置了 R/W 位的高地址字节。然后从逻辑将保持时钟并准备输出数据。在 10 位模式下与 R/W 清除完全匹配后，设置并保持先前​​匹配标志。在停止条件之前，具有 R/W 清除或高地址匹配的高地址失败。

编辑：hfy