I2C总线多主通信研究与软件设计

些节点既可以作为主节点访问其他的节点，也可以作为从节点被其他节点访问。当有多个节点同时企图占用总线时，就需要总线的仲裁。对于模拟I2C总线系统，怎样实现总线的仲裁是现在研究模拟I2C总线系统的难点。文献\[4\]提出在系统中增加1根BUSY线，在占用总线之前先检测BUSY线，看总线是否被占用。若总线空闲，则设置BUSY线并向总线上传送数据；否则，接收数据，直到总线空闲时才占有总线。这种实现多主通信的方法有两个缺点：① 因为I2C最大的优点就是接口少、效率高，这样做不仅增加了使用资源而且减少了I2C总线的优势；② 当主节点数比较多时，等待时间比较长，效率不高。本设计根据总线的仲裁原理，提出一种基于延时比较的仲裁方法。当主节点想要占用总线时，先检测总线上是否空闲，如果总线是空闲的就发送数据。在发送数据的同时，将总线上的数据接收并与发送的数据进行比较。如果不同，说明总线上同时还存在其他节点，于是就退出；否则，一直到发送完数据。这种方法既体现了I2C总线的高效性，同时还具有良好的扩展性。

图4 多主通信流程

图4给出了基于延时比较的多主通信流程，其中MCU作为从节点部分的流程在图5中给出。在节点发送起始信号之前先要检测一下总线上是否为空闲状态（BUSY是否为0）。这里使用的检测方法是，持续检测一段时间看总线上的电平是否一直为高，若是说明总线上为闲状态，否则说明有其他的节点正在使用总线，要等一段时间再发送。当总线空闲时，发送起始信号，接着发送要访问的从节点的地址字节。每发送1位数据就接收比较1次，看发送和接收的是否一致，若是则继续，否则跳出到从节点的接收状态。如果没有产生冲突，MCU作为主节点继续发送数据，直到任务结束，然后发送停止信号并返回。如果数据不一样，MCU将跳转到从节点状态。由于在跳转到从节点接收状态的过程中累加器（ACC）和工作寄存器（Ri）的数据没有发生变化，所以数据没有丢失，作为从节点可以继续接收总线上的数据。这样整个通信的过程没有中断，数据也没有丢失。

图5 从节点部分的流程

图5给出了从节点的流程。进入从节点时，要将BUSY置为高，说明MCU现在正在工作，不能完成其他的任务。在MCU作为从节点完成接收任务后，要将BUSY置为低。MCU在接收到寻址字节后与自己的地址字节进行比较。如果是访问自己的就进入到下面的接收程序，否则跳出。在访问自己的时候，还要判断主节点是读取数据还是写数据，以便进入相应的程序。在写字节的子程序中，从节点每发送1个字节的数据后都要察看是否有应答信号（ACK），有则说明数据接收到了；否则要跳出等待，重新发送。在读字节的子程序中，每接收1个字节的数据就要发送1个应答信号（ACK），以示接收正常，否则主节点将停止继续发送。在现有的资料中，关于从节点的原理和源代码比较少，这里给出作为从节点时写字节子程序的源代码。由于篇幅有限其他的子程序没有列出。

4 部分源代码

本节是在MCU多主通信中的部分源代码。多主通信的实现中有几个难点和重点。一是在作为主节点时的写字节子程序，里面要包括发送的每位数据和总线的数据进行比较并做出判断。如果数据不同，要跳出并进入从节点的状态。由于子程序返回主程序时改变的只是PC的值而累加器（ACC）和工作寄存器（Ri）里面的值是不变的，因此MCU进入从机状态后继续接收总线剩下的数据，这样总线的数据并没有丢失。二是作为从节点时的写字节的子程序。由于时钟线是由主节点的MCU控制的，所以怎样根据SCL线来读取SDA线的数据是其中的一个难点。三是在具有子地址的从节点关于是写字节还是读字节时的判断。如果是写字节时主节点会给出新的起始信号，并再次发送从节点的地址数据。这时从节点需要做出判断是读取数据还是写数据，并进入相应的子程序。这里给出以上三个重点和难点的子程序的源代码，以供读者参考。这些源代码经实践证明都是正确的。

主节点的写字节子程序：

;其中的NOP可根据时钟的快慢自己加减

WRBYTE:MOV　R0,#08H

CLR　BUSY;将BUSY值清零

WLP:　 RLC　A;取数据位

JC　　 WR1

SJMP　WR0;判断数据位

WLP1:　DJNZ　R0,WLP

NOP

OUT1:　RET

WR1:　 SETB　SDA;发送1

NOP

SETB　 SCL

MOV　　C,SDA;判断是否与发送的数据相同

JC　　 GOON

SETB　 BUSY

AJMP　 OUT1

GOON:　NOP

NOP

NOP

CLR　SCL

SJMP　WLP1

WR0:　 CLR　SDA;发送0

NOP

SCL

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLR

SCL

SJMP　 WLP1

从节点的写字节子程序(返回为ACK)：

SWRBYTE:MOV R0,#08H

WAGAIN: RRC A

MOV　B,#37H

WWAIT1: JB　SCL,WWAIT1;等待SCL为低

JC　WR1;判断是发送"1"还是发送"0"

SETB　SDA;发送"1"

AJMP COM

WR1:　　CLR SDA;发送"0"

COM:DJNZR0,