AVR單片機(jī)中TWI的模塊化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：主要利用AVR單片機(jī)中的TWI模塊，構(gòu)建了一個(gè)基于TWI總線的模塊化檢測(cè)系統(tǒng)。通過利用TWI總線相對(duì)于I2C總線的強(qiáng)大靈活性，增加了容錯(cuò)處理程序，提高了總線的穩(wěn)定性和可靠性，使得整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾性更強(qiáng)。在從機(jī)TWI程序設(shè)計(jì)上使用TWI中斷，消除了等待TWINT置住所浪費(fèi)的時(shí)間，提高了程序的執(zhí)行效率。
關(guān)鍵詞：TWI；I2C BUS；模塊化；容錯(cuò)處理

引言
隨著設(shè)備信息化和智能化程度的不斷提高，設(shè)備間的通信變得愈加重要。目前，設(shè)備間的通信，尤其是多個(gè)設(shè)備間的通信，大多數(shù)都是依靠各種不同標(biāo)準(zhǔn)的總線實(shí)現(xiàn)的。通過總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信減少了物理連線，簡化了硬件設(shè)計(jì)工作，同時(shí)也便于擴(kuò)展。因此，總線，尤其是各種工業(yè)總線，得到了廣泛的應(yīng)用。在智能化嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有時(shí)由于各種外圍設(shè)備較多，也會(huì)應(yīng)用總線解決通信的問題。當(dāng)今最為常見的是由Philips公司開發(fā)的I2C總線，它用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。而Atmel公司的TWI接口是I2C總線基礎(chǔ)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總線并不相同。另外TWI總線引入了狀態(tài)寄存器，使得TWI總線在操作和使用上比I2C總線更加靈活。本文主要利用TWI總線強(qiáng)大的靈活性，設(shè)計(jì)了基于該總線的模塊化檢測(cè)系統(tǒng)，巧妙利用TWI狀態(tài)寄存器，大大提高了TWI總線在該檢測(cè)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和可靠性。

1 TWI模塊簡介
TWI通信接口簡單靈活，功能強(qiáng)大，非常適合應(yīng)用于微控制器系統(tǒng)。它支持主機(jī)和從機(jī)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(jī)；支持多主機(jī)仲裁；高達(dá)400 kHz的數(shù)據(jù)傳輸率；輸出驅(qū)動(dòng)器斜率受控；噪聲抑制器可以抑制總線尖峰；從機(jī)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、總線接口單元和SCL和SDA引腳，位于粗線之中的寄存器都可以通過AVR數(shù)據(jù)總線進(jìn)行訪問。其中TWAR寄存器的高7位為從機(jī)地址。工作于從機(jī)模式時(shí)，TWI總線將根據(jù)這個(gè)地址進(jìn)行響應(yīng)。

TWI的兩根線在工作時(shí)必須有上拉電阻，上拉電阻的實(shí)現(xiàn)既可以通過內(nèi)部的上拉電阻使能，也可以通過在硬件設(shè)計(jì)時(shí)增加上拉電阻。在實(shí)際應(yīng)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(jī)發(fā)送模式(MT)、主機(jī)接收模式(MR)、從機(jī)發(fā)送模式(ST)和從機(jī)接收器模式(SR)。當(dāng)TWI上出現(xiàn)多個(gè)主機(jī)時(shí)，就會(huì)發(fā)生多主機(jī)仲裁。TWI多主機(jī)仲裁相對(duì)I2C總線的多主機(jī)仲裁，其特點(diǎn)就是除了依靠自身硬件的監(jiān)測(cè)之外，還可以通過軟件讀取TWSR狀態(tài)寄存器來判斷自己在總線中的精確狀態(tài)，以便為下一步動(dòng)作提供更精確的診斷依據(jù)。在編寫TWI總線驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，需要注意，只有當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)，信號(hào)線SDA上的電平信息才有意義。