AVR單片機中TWI的模塊化檢測系統設計

摘要：主要利用AVR單片機中的TWI模塊，構建了一個(gè)基于TWI總線(xiàn)的模塊化檢測系統。通過(guò)利用TWI總線(xiàn)相對于I2C總線(xiàn)的強大靈活性，增加了容錯處理程序，提高了總線(xiàn)的穩定性和可靠性，使得整個(gè)檢測系統的抗干擾性更強。在從機TWI程序設計上使用TWI中斷，消除了等待TWINT置住所浪費的時(shí)間，提高了程序的執行效率。
關(guān)鍵詞：TWI；I2C BUS；模塊化；容錯處理

引言
隨著(zhù)設備信息化和智能化程度的不斷提高，設備間的通信變得愈加重要。目前，設備間的通信，尤其是多個(gè)設備間的通信，大多數都是依靠各種不同標準的總線(xiàn)實(shí)現的。通過(guò)總線(xiàn)實(shí)現設備間的通信減少了物理連線(xiàn)，簡(jiǎn)化了硬件設計工作，同時(shí)也便于擴展。因此，總線(xiàn)，尤其是各種工業(yè)總線(xiàn)，得到了廣泛的應用。在智能化嵌入式系統設計中，有時(shí)由于各種外圍設備較多，也會(huì )應用總線(xiàn)解決通信的問(wèn)題。當今最為常見(jiàn)的是由Philips公司開(kāi)發(fā)的I2C總線(xiàn)，它用于連接微控制器及其外圍設備，增加了系統的安全性，方便了管理。而Atmel公司的TWI接口是I2C總線(xiàn)基礎上的繼承和發(fā)展，它定義了自己的功能模塊和寄存器，其寄存器各位功能的定義與I2C總線(xiàn)并不相同。另外TWI總線(xiàn)引入了狀態(tài)寄存器，使得TWI總線(xiàn)在操作和使用上比I2C總線(xiàn)更加靈活。本文主要利用TWI總線(xiàn)強大的靈活性，設計了基于該總線(xiàn)的模塊化檢測系統，巧妙利用TWI狀態(tài)寄存器，大大提高了TWI總線(xiàn)在該檢測系統中的穩定性和可靠性。

1 TWI模塊簡(jiǎn)介
TWI通信接口簡(jiǎn)單靈活，功能強大，非常適合應用于微控制器系統。它支持主機和從機操作；器件可以工作于發(fā)送器模式或接收器模式；7位地址空間允許有128個(gè)從機；支持多主機仲裁；高達400 kHz的數據傳輸率；輸出驅動(dòng)器斜率受控；噪聲抑制器可以抑制總線(xiàn)尖峰；從機地址以及公共地址完全可編程；睡眠時(shí)地址匹配可以喚醒AVR。
如圖1所示，TWI模塊包括控制單元、比特率發(fā)生器單元、地址匹配單元、總線(xiàn)接口單元和SCL和SDA引腳，位于粗線(xiàn)之中的寄存器都可以通過(guò)AVR數據總線(xiàn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。其中TWAR寄存器的高7位為從機地址。工作于從機模式時(shí)，TWI總線(xiàn)將根據這個(gè)地址進(jìn)行響應。

TWI的兩根線(xiàn)在工作時(shí)必須有上拉電阻，上拉電阻的實(shí)現既可以通過(guò)內部的上拉電阻使能，也可以通過(guò)在硬件設計時(shí)增加上拉電阻。在實(shí)際應用時(shí)最好在外部硬件上增加上拉電阻，以防止程序遺漏使能上拉電阻。
TWI可以工作于4種不同的模式，即主機發(fā)送模式(MT)、主機接收模式(MR)、從機發(fā)送模式(ST)和從機接收器模式(SR)。當TWI上出現多個(gè)主機時(shí)，就會(huì )發(fā)生多主機仲裁。TWI多主機仲裁相對I2C總線(xiàn)的多主機仲裁，其特點(diǎn)就是除了依靠自身硬件的監測之外，還可以通過(guò)軟件讀取TWSR狀態(tài)寄存器來(lái)判斷自己在總線(xiàn)中的精確狀態(tài)，以便為下一步動(dòng)作提供更精確的診斷依據。在編寫(xiě)TWI總線(xiàn)驅動(dòng)程序時(shí)，需要注意，只有當時(shí)鐘信號為高電平時(shí)，信號線(xiàn)SDA上的電平信息才有意義。