2C芯片I/O扩展功能'> 利用接口板实现I2C芯片I/O扩展功能

摘要：文章介绍了I2C总线的概念、接口特性和I2C应用板的芯片工作特性，提出了一种利用PC通过RS232接口方式的连接方法，并且在CPU中写入嵌入式程序，以使I2C应用板的I/O扩展口得到客户端所需要的定义系统。介绍了接口板和I2C应用板之间的连接方式和通信协议、指令写入等。

关键词：I2C总线； PMU；RS232接口； SDA； SCL

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0018-02

I2C总线产生于20世纪80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态。

1 I2C总线基本特征

I2C总线支持任何IC 生产过程 （NMOS CMOS、双极性）。两线——串行数据（SDA）和串行时钟 （SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。很明显，LCD 驱动器只是一个接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。

I2C总线特征（图1）只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL；每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地址。

2 I2C芯片工作特征

本设计中的产品是一款使用I2C总线或SMBus控制I/O扩展口的器件（图2）。它提供了8位通用并行输入/输出 （GPIO）扩展SMBus I2C总线的应用程序。由一个8位配置（输入或输出选择）；输入、输出和极性反转（活跃的高或低操作活跃）寄存器。主系统可能设置I/Os要么作为输入或输出写入I/O配置部分。这个数据对于每个输入或输出保存在相应的输入或输出寄存器。设置寄存器的接通电源的重置为其默认值和初始化设备状态机。三个硬件地址（AD0，AD1，AD2）改变固定I2C总线地址和允许最多8设备共享相同的I2C总线/ SMBus。

操作参数

VCC操作范围：1.65～5.5 V

SDA电流能限：30mA

5.5 V最大I/O输出

极性反转寄存器

低中断输出

低待机电流

噪声滤波器在sci/SDA输入

内部接通电源的重置

8位可编程奴隶地址使用3地址插头

8个I/O扩展口，默认为8输入

3 功能实现细解

本文的目的是对指定一个接口板之间的一个PC和一个用于I2C应用板。主要特征是将标准个人电脑的USB或RS232串行链接到专门用于PMU的数字接口。用于PMU的数字接口硬件和软件必须尽可能地通用和使用I2C同步串行连接SPI或并行链接。此外，主系统必须提供一些模拟输入为了执行模拟测量用于PMU的输入/输出如果需要。这个文件将指定两个板的硬件和软件和个人电脑软件。

FT232RL是USB到UART转换器，它是一个USB来串行接口与UART先进的特点：单片USB异步串行数据传输接口。完全集成的1024位eepm存储设备描述符和CBUC I/O配置。256字节接收缓冲区和128字节发送缓冲区。传输和接收led信号。C-BUS变频器在UART接口到+1.8V和+5V逻辑电平。USB连接， 实现了一个芯片遵循USB异步串行数据。信号使用USBDP（数据信号加上）、USBDM（数据信号moins）、VBUS发电和地面指针。在接口板， 输入连接器是USB mini B类型。不使用FT2323RL CTS和RTS，这个RS232接口是一个低成本的接口使用MAX202装置。这个装置不使用CTS和RTS （硬件流控制）， 所以只有 RX、TX 。

对于接口板而言有三个可能性的电源：USB电源；板本身测试的电源；锂电池。这个连接器供给所有的数字信号，VCC_PMU可以作为稳压电源也可以作为非稳态电源。数字信号I/O默认为输入时，稳态与非稳态的电源都可以作为工作电压，而不必切换。接口板利用PLC的CPU芯片实现程序读写功能，但是这个PLC芯片实际工作电压仅为3.6V。因此对于I2C应用板I/O扩展口并能满足5V的工作要求。因为简单的个人PC的USB输出的电压已经达到5V。这个接口板为微控制器和每一个内部电路提供电源（为I2C和SPI提供场效应晶体管的电平转换或电路内部的电平转换）。单片机PIC供电为+5V，电平转换通过S_VIN 和+5V。数字I/O管理一些用于PMU，主系统必须提供一个6位的I/O端口从微控制器。根据用于PMU，软件将管理这个端口。这些电线过电压保护、地面和+ Vcc短路。当这些指针不再用于给定的测压装置，不连接入电路（软件将初始化它们作为数字输入或定义默认状态）同步串行链接接口板之间的联系和用于PMU的。这个链接是一个I2C或SPI总线。单片机将直接提供这些特性在专用的多路作为I/O插脚。所以软件将从一个标准切换到另一个标准。这是为了工作中与所有当前和可用的PMU提供通路。其中一个中断线关联于同步串行总线。 协议层是指PC对CPU进行读写功能操作，并且使得I2C应用板可以在I/O扩展口获得需要的输入或输出的状态工作。每个交换PC和主板将之间遵循规则：根据该协议，向CPU写入协议包含的命令，是PMU进行工作，进一步得到I2C应用板的I/O扩展口定义，如用于PMU状态寄存器变化。

4 结语

本文介绍的方法表明，通过接口板完成对CPU的指令管理以使I2C应用板上的I2C器件工作并确保I/O扩展口可以工作，此方法是可行的。I2C总线技术应用于广泛的拥有I/O口的接收机中，用8或16位位单片机对接收机的状态进行控制，不仅减少了总线数量，提高了可靠性，而且还较大降低了成本。在实际使用时，可在I/O口加上应用电路及相应程序，利用PC通过RS232口与单片机通信，进行调试，以使I/O口具备客户端所需的定义。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础：模拟部分第四版[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2] 李学海.PIC单片机实用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

作者简介：张翎 （1984-），女，上海人，上海大学微电子研究与开发中心工程硕士在读，研究方向：集成电路工程 。