PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

В любом случае только ведущий может прекратить обмен, выставляя на линии SDA ВЫСОКИЙ уровень при ВЫСОКОМ уровне на линии SCL; такое состояние называется состоянием СТОП. При необходимости ведущий может начать обмен с другим ведомым, повторно сформировав на шине состояние СТАРТ. Кроме того, ведущий может формировать состояние СТАРТ, не генерируя перед этим состояние СТОП; в таком случае это состояние называется повторный СТАРТ или просто ПОВСТАРТ. К примеру, ведущий собирается передать (ведущий-передатчик) внутренний адрес ячейки в I²С-совместимую микросхему памяти (см. Пример 12.3), а затем прочитать (ведущий-приемник) данные из этой ячейки. Для выполнения этой операции потребуется сменить направление передачи данных, что осуществляется повторным формированием состояния СТАРТ и посылкой нового адресного пакета с требуемым значением бита направления (см. Рис. 12.27). Различие между использованием состояния ПОВСТАРТ и СТОП заключается в том, что последнее сигнализирует другим устройствам на шине, что ведущий освободил шину и что другое устройство может стать ведущим.

При программной реализации интерфейса I²С в микроконтроллерах PIC возникает проблема, заключающаяся в том, что выходы портов не являются выходами с открытым стоком, т. е. состояние лог. 1 не формируется разомкнутой цепью, как того требует спецификация (см. Рис. 12.14, а). Однако состояние с высоким входным сопротивлением можно эмулировать путем переключения линии порта с выхода на вход. Так, если мы хотим использовать для управления линией SCL вывод RA2, то для формирования на этой линии отрицательного импульса мы должны сделать так:

bcf PORTA,2; При конфигурировании RA2

... ...

STATUS,RP0; Переключаемся в 1-й банк

bcf TRISA,2; На выходе RA2 — лог. 0

nор; Короткая задержка

bsf TRISA,2; Переводим RA2 в третье состояние, делая его входом

bcf STATUS,RP0; Возвращаемся в 0-й банк

При этом ВЫСОКИЙ уровень на линии формируется совместным влиянием внешнего подтягивающего резистора и высокого входного сопротивления, как показано на Рис. 12.14, б (справа).

Рис. 12.14.Совместное использование линий SCL и SDA несколькими устройствами

Собственно процесс обмена между ведущим и ведомым устройствами состоит из передачи различных пакетов (один пакет — 8 бит данных плюс бит квитирования), передаваемых между состояниями СТАРТ и СТОП. Содержимое этих пакетов может слегка изменяться в зависимости от требований ведомого устройства, однако последовательность передачи пакетов всегда остается неизменной (см. Рис. 12.15): сначала передается адрес ведомого, затем — управляющий байт или команда, а потом передается один или несколько байтов данных.

Рис. 12.15.Порядок передачи пакетов по шине I²С

В соответствии со спецификацией I²С каждое ведомое устройство должно иметь уникальный адрес. Этот адрес выдается[157] производителю I²С-совместимых микросхем и заносится в них на этапе изготовления. Чтобы на одной шине можно было использовать несколько однотипных микросхем, большинство I²С-совместимых устройств позволяют разработчику задавать до 4 битов адреса самостоятельно, обычно путем подачи на выводы адреса соответствующих логических уровней. После обнаружения состояния СТАРТ все ведомые устройства на шине проверяют первые семь битов на совпадение со своим адресом. Если совпадения не обнаружено, то до появления нового состояния СТАРТ это устройство игнорирует все изменения на шине. Восьмой бит пакета адреса (R/W¯) определяет направление передачи данных. Этот бит равен 0, если ведущее устройство намеревается передавать данные, т. е. писать (Write) в ведомое устройство, и 1 — если ведущий собирается считывать (Read) данные из ведомого устройства.

Не все 7-битные адреса являются допустимыми. В частности, все адреса формата Ь’0000ХХХ’ или b’1111ХХХ’ зарезервированы для специальных применений; таким образом, в распоряжении пользователей остается 224 возможных адреса.

Например, адрес Ь’0000000’ обозначает широковещательный пакет, посылаемый всем ведомым на шине, а не какому-то конкретному устройству. Одновременно с введением режима Fast в протоколе I²С появилась возможность использования 10-битных адресов. На использование расширенной адресации указывает передача зарезервированного адреса Ь’111110ХХХ’, три младших бита которого будут объединены с содержимым последующего 7-битного пакета адреса.