AVR单片机中TWI的模块化检测系统设计

　　引言

　　随着设备信息化和智能化程度的不断提高，设备间的通信变得愈加重要。目前，设备间的通信，尤其是多个设备间的通信，大多数都是依靠各种不同标准的总线实现的。通过总线实现设备间的通信减少了物理连线，简化了硬件设计工作，同时也便于扩展。因此，总线，尤其是各种工业总线，得到了广泛的应用。在智能化嵌入式系统设计中，有时由于各种外围设备较多，也会应用总线解决通信的问题。当今最为常见的是由Philips公司开发的I2C总线，它用于连接微控制器及其外围设备，增加了系统的安全性，方便了管理。而Atmel公司的TWI接口是I2C总线基础上的继承和发展，它定义了自己的功能模块和寄存器，其寄存器各位功能的定义与I2C总线并不相同。另外TWI总线引入了状态寄存器，使得TWI总线在操作和使用上比I2C总线更加灵活。本文主要利用TWI总线强大的灵活性，设计了基于该总线的模块化检测系统，巧妙利用TWI状态寄存器，大大提高了TWI总线在该检测系统中的稳定性和可靠性。

　　1 TWI模块简介

　　TWI通信接口简单灵活，功能强大，非常适合应用于微控制器系统。它支持主机和从机操作;器件可以工作于发送器模式或接收器模式;7位地址空间允许有128个从机;支持多主机仲裁;高达400 kHz的数据传输率;输出驱动器斜率受控;噪声抑制器可以抑制总线尖峰;从机地址以及公共地址完全可编程;睡眠时地址匹配可以唤醒AVR。

　　如图1所示，TWI模块包括控制单元、比特率发生器单元、地址匹配单元、总线接口单元和SCL和SDA引脚，位于粗线之中的寄存器都可以通过AVR数据总线进行访问。其中TWAR寄存器的高7位为从机地址。工作于从机模式时，TWI总线将根据这个地址进行响应。

　　TWI的两根线在工作时必须有上拉电阻，上拉电阻的实现既可以通过内部的上拉电阻使能，也可以通过在硬件设计时增加上拉电阻。在实际应用时最好在外部硬件上增加上拉电阻，以防止程序遗漏使能上拉电阻。

　　TWI可以工作于4种不同的模式，即主机发送模式(MT)、主机接收模式(MR)、从机发送模式(ST)和从机接收器模式(SR)。当TWI上出现多个主机时，就会发生多主机仲裁。TWI多主机仲裁相对I2C总线的多主机仲裁，其特点就是除了依靠自身硬件的监测之外，还可以通过软件读取TWSR状态寄存器来判断自己在总线中的精确状态，以便为下一步动作提供更精确的诊断依据。在编写TWI总线驱动程序时，需要注意，只有当时钟信号为高电平时，信号线SDA上的电平信息才有意义。

　　2 模块化检测系统设计