1  前言

　　隨著IT技術對電源技術的滲透，數字電源技術應運而生，由於(yu) 數字電源的控製靈活、結構變化靈活、調節、維護方便和造價(jia) 低的一係列優(you) 點，代表了電源技術的發展方向。而在數字電源中，總線技術發揮了很重要的作用，本文結合數字電源中常用的總線技術加以介紹。

　　2  I2C總線

　　I2C總線是英文“Inter Integrated Circuit Bus”的縮寫(xie) ，常譯為(wei) “集成電路間總線”或“內(nei) 部集成電路總線”。I2C總線以它強大的控製能力和精巧的電路結構，得到各生產(chan) 廠家的認可。目前，I2C總線在許多電子產(chan) 品中得到了廣泛應用。

　　I2C總線接口的有關(guan) 技術指標最早在1982年確定。Philips公司將I2C總線以簡單雙線接口的形式首先推出，用於(yu) 在同一塊電路板或機櫃中的有關(guan) 電子部件之間實現通信，1987年Philips公司擁有了I2C總線的專(zhuan) 利。在I2C中有兩(liang) 條信號線，一條用於(yu) 時鍾信號的傳(chuan) 輸，一條用於(yu) 數據信號的傳(chuan) 輸，通過I2C總線，可以在主控部件和從(cong) 控部件之間完成有關(guan) 命令、控製和工作信息通過兩(liang) 條串行信號線來傳(chuan) 輸。I2C總線的最典型應用就是通過一個(ge) 主控部件來完成有關(guan) 部件之間的通信控製。由於(yu) I2C總線的使用簡單性，所以目前I2C總線得到了廣泛的應用，I2C總線的有關(guan) 性能不斷得到提高，通信速率和尋址範圍也在不斷提升。

　　作為(wei) 工業(ye) 標準，I2C總線作為(wei) 一種很有吸引力的物理通信方式，在ACCES bus、SM Bus、PSMI和IPMI工業(ye) 標準總線中，I2C總線的有關(guan) 技術指標也被引用。I2C總線可以應用於(yu) 許多的微控製器，並且在許多應用場合，利用通用的I/O引腳，通過軟件也可以驅動I2C總線。例如，在1991年，由一些公司牽頭開發了ACCESS bus(存取總線，簡稱A.b)，這裏利用了I2C總線作為(wei) 它的物理通信層，從(cong) 而使ACCESS bus具有使能被控器件的能力，ACCESS bus被用作是一種改進的、簡化的、規範的和靈活多用的方法來連接計算機的內(nei) 部，外部器件到CPU，它支持像時鍾和電池電能監控等器件的工作，並且也支持鍵盤、鼠標、顯示器和調製解調器的工作。在1995年，ACCESS bus工作組（ABIG）發布了V3.0技術文件版本，一些公司（例如：USAR和日本Fujitsu公司都參加到了ABIG的活動中，並在智能電池係統接口論壇Smart Battery system Interface Forum：SBS-IF）中積極參與(yu) 工作。

　　2.1 關(guan) 於(yu) I2C總線

　　I2C總線是串行總線係統，I2C總線由兩(liang) 根線組成，一根是串行數據線，常用SDA表示；另一根是串行時鍾線，常用SCL表示。CPU利用串行時鍾線發出時鍾信號，用串行數據線發送或接收數據，實現對被控電路的調整與(yu) 控製。由於(yu) I2C總線隻有兩(liang) 根信號線，因此數據的傳(chuan) 輸方式是串行方式，其數據傳(chuan) 輸速度低於(yu) 並行數據傳(chuan) 輸方式，但I2C總線占用CPU的引腳很少，隻有兩(liang) 個(ge) ，有利於(yu) 簡化CPU的外圍線路。

　　在I2C總線係統中，CPU是核心，I2C總線由CPU電路引出，其他被控對象均掛接在I2C總線上，I2C總線係統電路結構示意圖如圖1所示。

 
　                           圖1 I2C總線係統電路結構示意圖

　　2.2 I2C總線接口電路

　　I2C總線上傳(chuan) 輸的是數字信號，如果I2C總線上掛接的被控集成電路為(wei) 模擬電路，為(wei) 便於(yu) 與(yu) 被控模擬電路通信，在被控對象中需要增加I2C總線接口電路，受控IC中I2C總線接口電路工作原理圖如圖2所示。接口電路一般由I2C控製器和控製開關(guan) 等電路組成。由CPU送來的數據信息經譯碼器譯碼後控製信號才能對被控IC執行控製操作。被控對象通過I2C總線接口電路接收由CPU發出的控製指令和數據，實現CPU對被控對象的控製。

　　I2C總線是雙向總線係統，通過I2C總線CPU可以向被控IC發送數據，被控IC也可通過I2C總線向CPU傳(chuan) 送數據，但被控IC是接收數據還是發送數據則由CPU控製。由於(yu) I2C總線是雙向總線係統，因此CPU可以對I2C總線上掛接的有關(guan) 電路進行故障檢查。

　　對生產(chan) 自動化調整功能的電器，可將生產(chan) 線上的計算機與(yu) 電器的I2C總線相連，根據電器不同調整項目的預置功能和要求，將最佳調整數據傳(chuan) 送到電器的E2PROM存儲(chu) 器中，也可將標準數據固化在CPU的隻讀存儲(chu) 器中。采用I2C總線的電器節省了很多可調電位器，簡化了調整工藝，產(chan) 品的一致性好，工作可靠性高。

　　                         圖2 I2C總線係統的電路結構示意圖

　　2.3 I2C總線係統的功能

　　以CPU為(wei) 核心的I2C總線係統，主要用完成以下幾個(ge) 功能。

　　⑴用戶操作功能

　　用戶在使用電器時，通常要進行有關(guan) 控製參量的調節、控製等操作，操作時隻需按動本機鍵盤或遙控器鍵盤上的相應按鍵，CPU便通過I2C總線向被控電路發出有關(guan) 控製指令。

　　⑵維修調整功能

　　完成對被控電器各單元電路進行工作方式設定和調整的控製功能。在普通電器中，是利用可調電位器進行有關(guan) 單元電路的各種工作參數調整。而在I2C總線的被控電器中，這些參數都可由操作人員進行專(zhuan) 門的調整狀態後，通過遙控器或本機操作鍵來完成有關(guan) 工作參數的調整。

　　⑶故障自檢功能

　　由於(yu) I2C總線上的信息是由SDA和SCL兩(liang) 線串行數據信號線雙向傳(chuan) 輸的，因此CPU可以對I2C總線的通信情況和被控集成電路的工作狀態進行監測，並在屏幕上顯示檢測結果，為(wei) 維修人員提供有關(guan) 故障自檢信息。被控器送來的低電平應答信號，CPU就會(hui) 判斷該被控器有故障，並終止數據傳(chuan) 送。由於(yu) 各被控集成電路和器件均有自己的地址，所以，在總線上不同時間傳(chuan) 送著眾(zhong) 多的控製信號，但各被控器隻要把與(yu) 自己地址相同的控製信號從(cong) 總線上取下來，並進行識別和處理，得到相應的控製信號，就可以實現相應的控製。#p#分頁標題#e#

　　2.4 I2C總線係統的控製過程

　　⑴CPU與(yu) 存儲(chu) 器之間的數據交換

　　I2C總線係統中的存儲(chu) 器存儲(chu) 有兩(liang) 種信息：一是用戶信息，是用戶寫(xie) 入的控製信息，此信息用戶可以更改，如各種模擬控製量（例如電源的OVP、OCP、OTP和所需輸出電壓值等）；另一種是控製信息，是由廠家寫(xie) 入的控製數據，此信息用戶不能改變。電器正常工作時，CPU從(cong) 存儲(chu) 器中取出有關(guan) 用戶信息和控製信息，並送往被控電路使其處於(yu) 正常工作狀態；當調整電器時，CPU也從(cong) 存儲(chu) 器中取出控製信息，檢修人員使用正確的調試步驟來改變這些控製信息，以確保采用I2C總線的電器處於(yu) 最佳工作狀態。

　　⑵CPU對被控電器的控製過程

　　CPU對采用I2C總線的被控電器控製需經過以下過程。

　　①CPU尋址過程。當CPU要對某被控器進行控製時，CPU將向總線發出該被控器的地址指令，被控器收到指令後，便發出應答信息，CPU總線收到應答信息後，就將該被控器作為(wei) 控製對象。

　　②CPU調用數據過程。CPU找到被控器後，就從(cong) 存儲(chu) 器中調出相應的用戶信息及控製信息，並通過I2C總線送到被控器，使被控器處於(yu) 所要求的工作狀態。

　　③被控器執行指令的過程。被控器接收到指令後，便對指令進行譯碼，並將譯碼的結果與(yu) 自己的控製內(nei) 容編碼進行比較，以確定進行何種操作，這項工作是由總線接口電路中的譯碼器來完成的。確定進行何種操作後，總線接口電路中的相應控製開關(guan) 便自動接通，控製數據經過控製開關(guan) 送到D/A轉換器，轉換成模擬控製電壓，用以控製相應的模擬電路，完成有關(guan) 操作。I2C總線數據傳(chuan) 送最繁忙的時刻是在采用I2C總線電路的剛開機一瞬間，由於(yu) 被控電路沒有存儲(chu) 數據的功能，因此，每次開機時CPU都要從(cong) 存儲(chu) 器中取出控製數據，送往各被控器，使被控器進人相應的工作狀態。因此，剛開機時CPU的控製任務最繁重，控製過程最複雜，損壞的可能性也就最大，所以使用I2C總線的電器應盡量避免頻繁開/關(guan) 機。

　　根據電器功能的強弱以及在I2C總線上掛接的被控電路的不同，在I2C總線采用的CPU上可引出一組或多組I2C總線。

　　由I2C總線控製的集成電路或器件必須具有專(zhuan) 用的總線端子，即SDA端子與(yu) SCL端子。凡是具有SDA、SCL端子（引腳）的集成電路或器件，均可以由總線控製。

　　2.5 I2C總線信號的傳(chuan) 輸方式

　　I2C總線中的兩(liang) 根信號線（SDA、SCL）在傳(chuan) 輸各種控製信號的過程中是有嚴(yan) 格分工的。其中，SDA數據線用來傳(chuan) 輸各控製信號的數據及這些數據占有的地址等內(nei) 容；SCL時鍾線用來控製器件與(yu) 被控器件之間的工作節拍。為(wei) 保證總線輸出電路得到供電，SDA線和SCL線均通過上拉電阻和電源連接，當總線空閑時，SDA和SCL兩(liang) 線均保持高電平。I2C總線控製信號傳(chuan) 輸波形如圖3所示。

　　                         圖3 I2C總線控製信號傳(chuan) 輸波形

　　（1）時鍾線控製信號

　　SCL線為(wei) 高電平期間，SDA線上傳(chuan) 輸的數據必須保持穩定，在此期間，控製器件與(yu) 被控製器件之間可以交換數據；SCL線為(wei) 低電平期間，SDA線上傳(chuan) 輸的數據可以變化，即允許數據線上電平高低跳變。

　　（2）數據線控製信號

　　數據線上傳(chuan) 輸的控製信號，均按圖3所示的內(nei) 容和順序先後傳(chuan) 輸：起始狀態信號、被控電路地址、讀寫(xie) 方式（數據傳(chuan) 輸方向位）、應答信號、數據信號、應答信號、數據信號、應答信號、終止狀態信號。

　　在時鍾線為(wei) 高電平期間，數據線上一個(ge) 電平由高到低的跳變規定為(wei) 起始狀態，電平由低到高的跳變規定為(wei) 終止狀態，起始狀態信號和終止狀態信號均由CPU發出。當CPU發出起始狀態信號後，總線即處於(yu) 占用狀態；當CPU發出終止狀態信號後，總線又處於(yu) 空閑狀態。在SDA線上傳(chuan) 輸的數據，其字節為(wei) 8位。前7位是被控電路的地址，第8位是數據傳(chuan) 輸的方向位，“0”表示由CPU發送數據，“1”表示CPU接收數據。每傳(chuan) 輸一個(ge) 數據字節後，跟著一位應答（確認）信號，這個(ge) 應答信號是由CPU發出的，在應答位時鍾期間，CPU釋放數據線，以便被控器在這一位上送出應答信號。

　　當被控器的數據接收無誤時，被控器發出低電平應答信號，經確認後的數據才有效。當數據被確認後，CPU便可以繼續傳(chuan) 送數據並繼續對數據加以確認，直到CPU發出終止狀態信號為(wei) 止。若在應答位時鍾期間，CPU未接收到被控器送來的低電平應答信號，CPU就會(hui) 判斷該被控器有故障，並終止數據傳(chuan) 送。由於(yu) 各被控集成電路和器件均有自己的地址，所以，在總線上不同時間傳(chuan) 送著眾(zhong) 多的控製信號，但是各被控器隻要把與(yu) 自己的地址相同的控製信號從(cong) 總線上取下來，並進行識別和處理，得到相應的控製信號，就可以實現相應的控製。

　　2.6  I2C總線係統與(yu) 外部電路的連接方式

　　I2C總線係統的外部電路結構簡單，它與(yu) 被控電路之間的連接方式有直接式和隔離式兩(liang) 種。

　　（1）直接式I2C總線

　　直接式I2C總線是指被控集成電路直接或通過電阻掛在I2C總線上，其電路工作原理圖如圖4所示。因為(wei) CPU的I2C總線輸出端口內(nei) 部電路形式為(wei) 集電極開路（或漏極開路）形式，所以在CPU的I2C總線輸出端必須通過上拉電阻R接+5V電源，為(wei) CPU的I2C總線輸出端口的內(nei) 部電路供電。圖4中的電阻R為(wei) 隔離電阻，C為(wei) 抗幹擾電容，主要是為(wei) 了提高I2C總線上數據傳(chuan) 輸的可靠性，防止誤動作進人維修狀態和防止由於(yu) 外部幹擾信號改變I2C總線數據。穩壓管VS是為(wei) 了防止外部高電壓損壞CPU的I2C總線輸出端的內(nei) 部電路。

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　                             　圖4 直接式I2C總線工作原理圖

　　（2）隔離式I2C總線

　　隔離式I2C總線是指CPU引出的總線通過隔離器與(yu) 被控集成電路相連接。隔離器一般由晶體(ti) 管組成，其電路工作原理圖如圖5所示。這種電路的優(you) 點是CPU與(yu) 被控集成電路被晶體(ti) 管隔離器隔離開，當被控對象發生故障使I2C總線上電壓升高時，晶體(ti) 管會(hui) 截止，從(cong) 而保護CPU不被高電壓衝(chong) 擊而損壞。

　                           　圖5 隔離式I2C總線工作原理圖

　　2.7  I2C總線係統與(yu) 外部電路的有關(guan) 引腳

　　（1）CPU與(yu) I2C有關(guan) 的引腳

　　采用I2C的CPU除了設置SCL串行時鍾線引腳和SDA串行數據線引腳外，一般還設置了便於(yu) 工廠生產(chan) 線調試使用的I2C通/關(guan) 閉控製引腳。當CPU的I2C通/關(guan) 閉控製引腳接規定電平時，CPU便將I2C總線的控製權交給了生產(chan) 線調試計算機，此時CPU不能通過I2C所掛接的電路進行控製。

　　在電路圖上，I2C通/關(guan) 閉控製引腳常用Bus OFF（總線關(guan) 閉）、Service（維修）、EXT BUS（外部總線）、TEST（測試）、FACTORY（工廠）來表示。圖6所示為(wei) I2C通/斷控製工作原理圖。例如CPU的第36引腳EXT BUS為(wei) I2C通/關(guan) 閉控製端，正常工作時，CPU的第36引腳為(wei) 高電平。接插件BC為(wei) 生產(chan) 調試時CPU的I2C外部計算機的連接插口，生產(chan) 調試時，生產(chan) 線計算機通過BC與(yu) 此CPU相連，BC④引腳接地，使CPU的第36引腳EXT BUS變為(wei) 低電平，CPU的I2C總線42、43引腳停止輸出。電器的I2C係統由外部計算機接管。

　                          　圖6 I2C通/斷開控製工作原理圖

　　在對具有I2C功能的CPU進行檢查時，不要忘記檢測I2C通/關(guan) 閉控製引腳。如果此引腳工作條件不正確，則CPU不能向I2C發出時鍾和數據信號，導致整個(ge) 電器不能進人正常工作狀態。

　　（2）被控電路與(yu) I2C有關(guan) 引腳

　　I2C掛接的被控集成電路，除SCL和SDA引腳外，還有與(yu) I2C總線接口電路有關(guan) 的其他引腳，如果這些引腳的工作條件發生變化，也會(hui) 使I2C總線接口電路不正常工作，從(cong) 而使電器出現故障。下麵介紹幾個(ge) 比較重要的與(yu) I2C總線接口電路有關(guan) 的引腳。

　　①I2C總線接口電路專(zhuan) 用電源引腳（受控IC數字電路電源引腳）

　　掛接在I2C總線上的受控集成電路大多屬於(yu) 模擬電路，而受控集成電路中的I2C總線接口電路則屬於(yu) 數字電路。為(wei) 避免數字電路與(yu) 模擬電路之間的互相幹擾，常為(wei) 數字電路與(yu) 模擬電路設置單獨的供電端子，即設置I2C總線接口電路專(zhuan) 用電源端子（或數字電路電源引腳）。如果I2C總線接口電源端子沒有電壓，則這塊集成電路不能正常工作。

　　現在的集成電路常為(wei) 不同功能的電路單獨設置電源和接地端子，因此除了注意檢查主電源引腳電壓外，千萬(wan) 不要忘記檢查其他電源引腳。

　　集成電路數字電源端電壓一般為(wei) 5V、3.5V或3V等低電壓。數字電路電源端子常用以下方式標注：I2LVCC邏輯電路電源；DVCC數字電路電源；DVDD數字電路電源；DIGVDD數字電路電源；D.GND數字電路地線等。

　　②輔助地址選擇引腳

　　CPU通過I2C總線對被控電路的地址進行選擇，有時為(wei) 了擴展I2C總線的功能和電路上的要求，在有些被控電路上還設有輔助地址選擇引腳，隻有對輔助地址選擇引腳進行正確的設置後，CPU才能通過I2C總線對這一電路進行控製。當被控電路的輔助地址選擇引腳電路出觀故障時，將會(hui) 造成I2C總線無法控製該電路，使整機電路功能不正常。在電路圖上，輔助地址選擇引腳常用ADDRESS（地址）、ADR（address地址）、ADDSEL（address selection地址選擇）、MAD（module address組件地址）等英文表示。