IIC總線(xiàn)在LonWorks神經(jīng)元芯片FT3150中的應用

　　目前比較常用的串行總線(xiàn)有：IIC(Inter Integrated Circuit)總線(xiàn)、SPI(Serial Periphcral Interface)總線(xiàn)和Micro-wire總線(xiàn)等。其中，IIC總線(xiàn)是Philips公司于80年代推出的一種二線(xiàn)制總線(xiàn)，它通過(guò)一根串行數據線(xiàn)(SDA))和一根時(shí)鐘線(xiàn)(SCL)在互連的器件間傳輸信息。這對具有有限個(gè)I／O引腳的神經(jīng)元芯片來(lái)說(shuō)，節約了I／O引腳開(kāi)銷(xiāo)，方便了系統進(jìn)一步擴展。

LonWorks神經(jīng)元芯片FT3150

　　LonWorks總線(xiàn)為用戶(hù)提供了一個(gè)針對實(shí)際工程應用的神經(jīng)元芯片--Neuron芯片。Neuron芯片高度集成，所需外部器件較少。它包含3個(gè)處理七層LonTalk協(xié)議的8位處理器，即媒體訪(fǎng)問(wèn)控制處理器、網(wǎng)絡(luò )處理器和應用處理器。芯片內部有11個(gè)通用I／O引腳，根據實(shí)際需要對11個(gè)引腳進(jìn)行編程，形成多達34種不同類(lèi)型的I／O功能，包括并行I／O、串行I／O、定時(shí)／計數器等等。一個(gè)Neuron芯片可連接一個(gè)或多個(gè)物理I／O設備，如溫度和位置傳感器、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)以及LED。神經(jīng)元芯片同件通過(guò)執行特定的I／O對象來(lái)管理這些設備的接口。Neuron芯片分為3150和3120兩類(lèi)，Neuron3150支持外部存儲器，適合更復雜的應用，而Neuron3120本身帶有ROM，不支持外部存儲器。

　　美國Echelon公司新推出了新的神經(jīng)元芯片--自由拓撲智能收發(fā)器FT3150如圖1所示。FT3150是在Neuron 3150處理器的基礎上集成了一個(gè)自由拓撲雙絞線(xiàn)收發(fā)器，既降低了成本，又減小了接口電路功耗。FT3150芯片內部有2kBRAM和0.5kB EEPROM存儲器，通過(guò)對外引出地址及數據總線(xiàn)用戶(hù)可方便地擴展RAM數據存儲器和flash固件、程序存儲器，總擴展存儲器空間最多為64k。FT3150 芯片服務(wù)引腳主要用于節點(diǎn)配置、安裝與維護。與FT3150配合使用的是Echelon公司的FT-X1(穿孔)或者FT-X2(表面貼)通信變壓器，對電磁干擾和高頻共膜噪聲有較強的抗干擾能力。這使得LonWorks神經(jīng)元芯片FT3150達到一個(gè)更高性能、更穩定、更經(jīng)濟的新層次。

IIC總線(xiàn)技術(shù)

　　IIC總線(xiàn)是微電子通信控制領(lǐng)域中被廣泛采用的一種總線(xiàn)標準，具有接口線(xiàn)少，控制方式簡(jiǎn)單、器件封裝外形小、通信速率高等特點(diǎn)。它僅通過(guò)兩根線(xiàn)SDA和SCL即可實(shí)現完善的全雙工同步數據傳送，能夠十分方便地構成多主機系統和外同器件擴展系統。

　　IIC總線(xiàn)數據傳輸只有任總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)時(shí)(SCL和SDA必須保證為高電平)才啟動(dòng)。IIC總線(xiàn)協(xié)議定義數據傳輸時(shí)序如圖2所示，起始條件為當SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，數據開(kāi)始傳輸；結束條件為當SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，數據傳輸結束。傳輸過(guò)程中，當SCL高時(shí)，SDA必須始終保持穩定狀態(tài)，此時(shí)出現任何跳變都被認為是起始或停止條件，只有當SCL為低電平的時(shí)候才允許SDA上的數據改變。

　　IIC總線(xiàn)上的數據格式如圖3所示，由起始位(S)、從機地址碼、讀寫(xiě)控制位(R／W)、應答位(A)、數據和停止位(P)等組成。通信啟動(dòng)時(shí)，主器件先發(fā)送啟動(dòng)信號和從機地址，總線(xiàn)上每個(gè)器件都有自己的唯一地址，與地址與某一從器件相匹配時(shí)，該從器件發(fā)一應答位，主器件則認為尋址成功，然后根據R／W位確定的數據傳送方向進(jìn)行數據傳輸。若主器件長(cháng)時(shí)間收不到應答位，則認為超時(shí)，放棄本次數據傳輸。通信停止時(shí)，主機發(fā)送一個(gè)停止信號。

FT3150的IIC總線(xiàn)技術(shù)應用

　　神經(jīng)元芯片FT3150所支持的串行I／O功能包括：Bitshift、IIC和Neuronwire(SPI)等。IIC I／O用于實(shí)現FT3150芯片與遵循IIC串行總線(xiàn)規約的器件相連。由于IIC總線(xiàn)是各種總線(xiàn)通信中使用信號線(xiàn)最少，并具有自動(dòng)尋址，多主機時(shí)鐘同步和仲裁等強大的功能，因此，使用IIC設計計算機系統十分方便、靈活，體積也小，各類(lèi)實(shí)際應用比較廣泛。

數據通信的硬件連接

　　FT3150一般總是主控器，它定義108(14腳)管腳為時(shí)鐘線(xiàn)(SCL)，109(15腳)管腳為串行數據線(xiàn)(SDA)，或者100(2腳)管腳為時(shí)鐘線(xiàn)(SCL)，IO1(3腳)管腳為串行數據線(xiàn)(SDA)。這些IO線(xiàn)的漏極開(kāi)路以滿(mǎn)足IIC規約的特殊需要。實(shí)際Neuron芯片與IIC器件的連接，只需存引腳上增加兩個(gè)上拉電阻，而不再需要其他外部元件。

　　我們在開(kāi)發(fā)LonWorks智能電動(dòng)閥門(mén)時(shí)，采用EEPROM24WC16作為FT3150芯片讀寫(xiě)數據的存儲器，用來(lái)記錄歷史數據，防止掉電丟失。24WC16是采用CMOS工藝制成的2K*8位的電可擦除存儲器，內部存儲空間共分8頁(yè)，具體讀寫(xiě)頁(yè)數由其串行總線(xiàn)地址的最低三位A0、A1和A2決定，每頁(yè)最多可存儲256字節數據。為了實(shí)現FT3150芯片與24WC16的通信，將神經(jīng)元芯片上IIC總線(xiàn)引腳IO9與24WC16的SDA相接，IO8與24WC16的SCL相接，通過(guò)編程產(chǎn)生操作時(shí)序從而實(shí)現FT3150芯片對24WC16有關(guān)寄仔器的寫(xiě)入和讀出。值得注意的是：由于IO8和IO9都是硬件開(kāi)漏狀態(tài)，為了避免端口吸收太大的電流，數據總線(xiàn)SDA和時(shí)鐘總線(xiàn)SCL一定要接足夠大的上拉電阻。24WC16與FT3150芯片硬件連接如圖4所示。

　
 
數據通信的軟件編程

　　FT3150與24WC16通信的軟件編程采用專(zhuān)門(mén)為L(cháng)onWorks神經(jīng)元芯片沒(méi)計的的Neuron C。Neuron C是從ANSI C中派生出來(lái)的并進(jìn)行了增刪，它的擴展直接支持神經(jīng)元芯片的固件。Neuron C的編程主要是神經(jīng)元芯片的事件凋度、I／O事件、網(wǎng)絡(luò )變量和顯式消息等。

　　IIC數據傳輸中的控制字R／W位由io_in()／io_out()函數隱式給出。同時(shí)，數據傳輸時(shí)需要一個(gè)計數參數對讀／寫(xiě)的數據字節數進(jìn)行控制，但一次最多讀／寫(xiě)255個(gè)字節。IIC總線(xiàn)尋址采用右對齊的7位設備地址，對24WC16器件的8位地址：1010000R／W，則尋址的IIC器件地址為：01010000，即0x50。對于IIC輸入／輸出，io_in()和io_out()函數返回值0和1，分別反映傳輸的失敗(0)和成功(1)狀態(tài)。

　　FT3150與24WC16進(jìn)行數據讀寫(xiě)過(guò)程如下：首先把采集到的一個(gè)8個(gè)字節數據寫(xiě)入24WC16中指定的寄存器，然后再讀回已保存的數據。源程序如下：