TỔNG QUAN GIAO TIẾP I2C DS1307 BMP180

htt
p
://codientu.or
g

Tác giả: Nguyễn Chí Linh







Tómtắt:

GiớithiệuchungvềI2C
‐ ĐặcđiểmchungvềI2C:giaothức,địachỉ

‐ Ccchếđộhoạtđộng:master‐slave,multi‐master
ModuleI2CtrongViđiềukhiểnPIC

‐ Cấutrcphầncứng
‐ Chếđộhoạtđộng:Master,Slave,Multi‐master


1. GiớithiệuchungvềI2C

Ngàynaytrongcáchệthốngđiệntửhiệnđại,rấtnhiềuICshaythiếtbịngoạivicần
phảigiaotiếpvớicácICshaythiếtbịkhác–giaotiếpvớithếgiớibênngoài.Vóimụctiêu
đạtđượchiệu quảchophầncứngtốtnhấtvớimạchđiệnđơngiản,Phillipsđãpháttriển
mộtchuẩngiaotiếpnốitiếp2dâyđượcgọilàI2C.I2ClàtênviếttắtcủacụmtừInter‐

IntergratedCircuit–BusgiaotiếpgiữacácICvớinhau.

LịchsửI2C–Thêmvàođây…(Phầnnàysẽthêmsau…)

I2CmặcdùđượcpháttriểnbớiPhilips,nhưngnóđãđượcrấtnhiềunhàsảnxuấtIC
trênthếgiớisửdụng.I2Ctrởthànhm ộtchuẩncôngnghiệpchocácgiaotiếpđiềukhiển,có
thểkểrađâymộtvàitêntuổingoàiPhilipsnhư:TexasIntrument(TI),Maxim‐Dallas,
analogDevice,NationalSemiconductor…BusI2Cđượcsửdụnglàmbusgiaotiếpngoại
vichorấtnhiềuloạiICkhácnhaunhưcácloạiViđiềukhiển8051, PIC,AVR,ARM,chíp
nhớnhưRAMtĩnh(StaticRam),EEPROM,bộchuyểnđổitươngtựsố(ADC),sốtươngtụ
(DAC),ICđiểukhiểnLCD,LED…



Hình1.1.BUSI2Cvàcácthiếtbịngoạivi
htt
p
://codientu.or
g

Tác giả: Nguyễn Chí Linh







1.1.ĐặcđiểmgiaotiếpI2C



MộtgiaotiếpI2Cgồmcó2dây:SerialData(SDA)vàSerialClock(SCL).SDAlàđường
truyềndữliệu2hướng,cònSCLlàđườngtruyềnxungđồnghồvàchỉtheomộthướng.
Nhưhìnhvẽtrên,khimộtthiếtb ịngoạivikếtnốivàođườngI2CthìchânSDAcủanósẽ
nốivớidâySDAcủabus,chânSCLsẽnốivớidâySCL.



Hình1.2.KếtnốithiếtbịvàobusI2Cởchếđộchuẩn(Standardmode)

vàchếđộnhanh(Fastmode)

MỗidâySDAhaySCLđềuđượcnốivớiđiệnápdươngcủanguồncấpthôngquamột
điệntrởkéolên(pull‐upresistor).Sựcầnthiếtcủacácđiệntrởkéonàylàvìchângiaotiếp
I2Ccủacácthiếtbịngoạivithườnglàdạngcựcmánghở(open‐drainoropen‐collector).
Giátrịcủacácđiệntrởnàykhácnhautùyvàotừngthiếtbịvàchuẩngiaotiếp,thườngdao
độngtrongkhoảng1KΩđến4.7KΩ.

Trởlạivớihình1.1,tathấycórấtnhiềuthiếtbị(ICs) cùngđượckếtnốivàom ộtbus
I2C,tuynhiênsẽkhôngxảyrachuyệnnhầmlẫngiữacácthiếtbị,bởimỗithiếtbịsẽđược
nhậnrabởimộtđịachỉduynhấtvớimộtquanhệchủ/tớtồntạitrongsuốtthờigiankết
nối.Mỗithiếtbịcóthểhoạ
tđôngnhưlàthiếtbịnhậndữliệuhaycóthểvừatruyềnvừa
nhận.Hoạtđộngtruyềnhaynhậncòntùythuộcvàoviệcthiếtbịđólàchủ(master)haytớ
(slave).

MộtthiếtbịhaymộtICkhikếtnốivớibusI2C,ngoàimộtđịachỉ(duynhất)đểphân
biệt,nócònđượccấuhìnhlàthiếtbịchủ(master)haytớ(slave).Tạisaolạicósựphânbiệt
này?ĐólàvìtrênmộtbusI2Cthìquyềnđiềukhiểnthuộcvềthiếtbịchủ(master).Thiếtbị
chủnắmvaitròtạoxungđồnghồchotoànhệthống,khigiữahaithiếtbịchủ/tớgiaotiếp

thìthiếtbịchủcónhiệmvụtạoxungđồnghồvàquảnlýđịachỉcủathiếtbịtớtrongsuốt
quátrìnhgiaotiếp.Thiếtbịchủgiữvaitròchủđộng,
cònthiếtbịtớgiữvaitròbịđộng
trongviêcgiaotiếp.
htt
p
://codientu.or
g

Tác giả: Nguyễn Chí Linh







Hình1.3.Truyềnnhậndữliệugiữachủ/tớ


Nhìnhìnhtrêntathấyxungđồnghồchỉcómộthướngtừchủđếntớ,cònluồngdữliệu
cóthểđitheohaihướng,từchủđếntớhayngượclạitớđếnchủ.

VềdữliệutruyềntrênbusI2C,mộtbusI2Cchuẩntruyền8‐bitdữliệucóhướngtrên
đườngtruyềnvớitốcđộlà100Kbits/s–Chếđộchuẩn(Standardmode).Tốcđộtruyềncó
thểlêntới
400Kbits/s–Chếđộnhanh(Fastmode)vàcaonhấtlà3,4Mbits/s–Chếđộcao
tốc(High‐speedmode).

MộtbusI2Ccóthểhoạtđộngởnhiềuchếđộkhácnhau:


- Mộtchủmộttớ(onemaster–oneslave) 

- Mộtchủnhiềutớ(onemaster–multislave)

- Nhiềuchủnhiềutớ(Multimaster–multislave)

Dùởchếđộnào,mộtgiaotiếpI2Cđềudựavàoquanhệchủ/tớ.GiảthiếtmộtthiếtbịA
muốngửidữliệuđếnthiếtbịB,quátrìnhđượcthựchiệnnhưsau:


‐ ThiếtbịA(Chủ)xácđịnhđúngđịachỉcủathiếtbịB(tớ),cừngvớiviệcxácđịnh
địachỉ,thiếtbịAsẽquyếtđịnhviệcđọchayghivàothiếtbịtớ

‐ ThiếtbịAgửidữliệutớithiếtbịB

‐ ThiếtbịAkếtthúcquátrìnhtruyềndữliệu

KhiAmuốnnhậndữliệutừB,quátrìnhdiễnranhưtrên,chỉkháclàAsẽnhậndữliệu
từB.Tronggiaotiếpnày,AlàchủcònBvẫnlàtớ.Chitiếtviệcthi
ếtlậpmộtgiaotiếp giữa
haithiếtbịsẽđược môtảchitiếttrongcácmụcdướiđây.



1.2. STARTandSTOPconditions

STARTvàSTOPlànhữngđiềukiệnbắtbuộcphảicókhimộtthiếtbịchủmuốnthiết
lậpgiaotiếpvớimộtthiếtbịnàođótrongmạngI2C.STARTlàđiềuki
ệnkhởiđầu,báo

hiệubắtđầucủagiaotiếp,cònSTOPbáohiệukếtthúcmộtgiaotiếp.Hìnhdướiđâymôtả
điềukiệnSTARTvàSTOP.

Banđầukhichưathựchiệnquátrìnhgiaotiếp,cảhaiđườngSDAvàSCLđềuởmức
cao(SDA=SCL=HIGH).LúcnàybusI2Cđượccoilàdỗi(“busfree”),sẵnsàngchomột
giaotiếp.HaiđiềukiệnSTARTvàSTOPlàkhôngthểthiếutrongviệcgiaotiếpgiữacác
thiếtbịI2Cvớinhau
htt
p
://codientu.or
g

Tác giả: Nguyễn Chí Linh







Hình1.4.ĐiềukiệnSTARTvàSTOPcủabusI2C


ĐiềukiệnSTART:mộtsựchuyểnđổitrạngtháitừcaoxuốngthấptrênđườngSDA
trongkhiđườngSCLđangởmứccao(cao=1;thấp=0)báohiệumộtđiềukiệnSTART

ĐiềukiệnSTOP:MộtsựchuyểnđổitrạngtháitừmứcthấplêncaotrênđườngSDA
trongkhiđườngSCLđangởmứccao.

CảhaiđiềukiệnSTARTvàSTOPđềuđượctạorabởithiếtbịchủ.SautínhiệuSTART,

busI2Ccoinhưđangtrongtrangtháilàmviệc(busy).BusI2Csẽrỗi,sẵnsàngchomột
giaotiếpmớisautínhiệuSTOPtừphíathiếtbịchủ.

SaukhicómộtđiềukiệnSTART,trongquatrìnhgiaotiếp,khicóm ộttínhiệuSTART
đượclặplạithayvìmộttínhiệuSTOPthìbusI2Cvẫntiếptụctrongtrạngtháibận.Tín
hiệuSTARTvàlặplạiSTARTđềucóchứcnănggiốngnhaulàkhởitạomộtgiaotiếp.



1.3.Địnhdạngdữliệutruyền

DữliệuđượctruyềntrênbusI2Ctheotừngbit,bitdữliệuđượctruyềnđitạimỗisườn
dươngcủaxungđồnghồtrêndâySCL,quátrìnhthayđổibitdữliệuxảyrakhiSCLđang
ởmứcthấp.



Hình1.5.Quátrìnhtruyền1bitdữliệu

Mỗibytedữliệuđượctruyềncóđộdàilà8bits.Sốlượngbytecóthểtruyềntrongmột
lầnlàkhônghạnchế.MỗibyteđượctruyềnđitheosaulàmộtbitACKđểbáohiệuđã
nhậndữliệu.Bitcótrọngsốcaonhất(MSB)sẽđượctruyềnđiđầutiên,cácbítsẽđược
truyềnđilầnlượt.Sau8xungclocktrêndâySCL,8bitdữliệuđãđượctruyềnđi.Lúcnày
thiếtbịnhận,saukhiđãnhậnđủ8bítdữliệusẽkéoSDAxuốngmứcthấptạomộtxung
ACKứngvớixungclockthứ9trêndâySDAđểbáohiệuđãnhậnđủ8bit.Thiết
bịtruyền
khinhậnđượcbitACKsẽtiếptụcthựchiệnquátrìnhtruyềnhoặckếtthúc.

Tác giả: Nguyễn Chí Linh

Hình1.6.DữliệutruyềntrênbusI2C




Hình1.7.BitACKtrênbusI2C

Truyền Nhận



SDA=data_bit
Buffer=databit




Kiểmtraxem

đãtruyềnđủ
8bitchưa


Clock=8?

NO



YES

ACK?
NO

BufferFull?
NO
YES
SendACK


YES
Next_byte
orSTOP


STOP


ReadBuffer


Hình1.8.Lưuđồthuậttoánquátrìnhtruyêngnhậndữliệu

h
Tác giả: Nguyễn Chí Linh





MộtbytetruyềnđicókèmtheobitACKlàđiềukiênbắtbuộc,nhằmđảmbảochoquá

trìnhtruyềnnhậnđượcdiễnrachínhxác.Khikhôngnhậnđượcđúngđịachỉhaykhi

muốnkếtthúcquátrìnhgiaotiếp,thiếtbịnhậnsẽgửimộtxungNot‐ACK(SDAởm ức
cao)đểbáochothiếtbịchủbiết,thiếtbịchủsẽtạoxungSTOPđểkếtthúchaylặplạimột
xungSTARTđểbắtđầuquátrìnhmới.


1.4.Địnhdạngđịachỉthiếtbị

Mỗithiếtbịngoạivithamgiavàobusi2cđềucómộtđịachỉduynhất,nhằmphânbiệt
giữacácthiếtbịvớinhau.Độdàiđịachỉlà7–bit,điềuđócónghĩalàtrênmộtbusI2Cta
cóthểphânbiệttốiđa128thiếtbị.Khithiếtbịchủmuốngiaotiếpvớingoạivinàotrênbus
I2C,nósẽgửi7bitđịachỉcủathiếtbịđ
órabusngaysauxungSTART.Byteđầutiênđược
gửisẽbaogồm7bitđịachỉvàmộtbítthứ8điềukhiểnhướngtruyền.



Hình1.8.Cấutrúcbytedữliệuđầutiên

Mỗimộtthiếtbịngoạivisẽcómộtđịachỉriêngdonhàsảnxuấtranóquyđịnh.Địachỉ
đócóthểlàcốđịnhhaythayđổi.Riêngbitđiềukhiểnh ướngsẽquyđịnhchiềutruyềndữ
liệu.Nếubitnàybằng“0”cónghĩalàbytedữliệutiếptheosausẽđượctruyềntừchủđến

tớ,cònngượclạinếubằng“1”thìcácbytetheosaubyteđầutiênsẽlàdữliệutừcontớgửi
đếnconchủ.Việcthiếtlậpgiátrịchobitnàydoconchủthihành,contớsẽtùytheogiátrị
đómàcósựphảnhồitươngứngđếnconchủ.



1.5. TruyềndữliệutrênbusI2C,chếđộMaster‐Slave

Việctruyềndữliệudiễnragiữaconchủvàcontớ.Dữliệutruyềncóthểtheo2hướng,
từchủđếntớhayngượclại.Hướngtruyềnđượcquyđịnhbởibitthứ8 trongbyteđầu
tiênđượctruyềnđi.



Hình1.9.Quátrìnhtruyềndữliệu
h
Tác giả: Nguyễn Chí Linh





•
Truyềndữliệutừchủđếntớ(ghidữliệu):Thiếtbịchủkhimuốnghidữliệuđến
contớ,quátrìnhthựchiệnlà:

‐ ThiếtbịchủtạoxungSTART

‐ Thiếtbịchủgửiđịachỉcủathiếtbịtớmànócầngiaotiếpcùngvớibit


=0rabusvàđợixungACKphảnhồitừcontớ


‐ KhinhậnđượcxungACKbáođãnhậndiệnđúngthiếtbịtớ,conchủbắt
đầugửidữliệuđếncontớtheotừngbytemột.Theosaumỗibytenàyđều
làmộtxungACK.Sốlượngbytetruyềnlàkhônghạnchế.

‐ Kếtthúcquátrìnhtruyền,conchủsaukhitruyềnbytecuốisẽtạoxung
STOPbáohiệukếtthúc.



Hình1.10.Ghidữliệutừchủđếntớ

•
Truyềndữliệutừtớđếnchủ(đọcdữliệu):Thiếtbịchủmuốnđọcdữliệutừthiếtbị
tớ,quátrìnhthựchiệnnhưsau:


‐ Khibusrỗi,thiếtbịchủtạoxungSTART,báohiệubắtđầugiaotiếp

‐ Thiếtbịchủgửiđịachỉcủathiếtbịtớcầngiaotiếpcùngvớibit =1và

đợixungACKtừphíathiếtbịtớ

‐ SauxungACKdầutiên,thiếtbịtớsẽgửitừngbyterabus,thiếtbịchủsẽ
nhậndữliệuvàtrảvềxungACK.Sốlượngbytekhônghạnchế

‐ Khimuốnkếtthúcquátrìnhgiaotiếp,thiếtbịchủgửixungNot‐ACKvà
tạoxungSTOPđểkếtthúc.




Hình1.11.Đọcdữliệutừthiếtbịtớ

•
Quátrìnhkếthợpghivàđọcdữliệu:giữahaixungSTARTvàSTOP,thiếtbịchủcó
thểthựchiệnviệcđọchayghinhiềulần,vớimộthaynhiềuthiếtbị.Đểthự
chiện
việcđó,saumộtquátrìnhghihayđọc,thiếtbịchủlặplạimộtxungSTARTvàlại
gửilạiđịachỉcủathiếtbịtớvàbắtđầumộtquátrìnhmới.
h
Tác giả: Nguyễn Chí Linh







Hình1.12.Quátrìnhphốihợpđọc/ghidữliệu


ChếđộgiaotiếpMaster‐SlavelàchếđộcơbảntrongmộtbusI2C,toànbộbusđược
quảnlýbởimộtmasterduynhất.Trongchếđộnàysẽkhôngxảyratìnhtrạngxungđột
bushaymấtđồngbộxungclockvìchỉcómộtmasterduynhấtcóthểtạoxungclock.

1.6. ChếđộMulti‐Master

TrênbusI2Ccóthểcónhiềuhơnmộtmasterđiềukhiểnbus.KhiđóbusI2Csẽhoạt

độngởchếđộMulti‐Master.

Vấnđềnàysẽđượcbànthảosau.

2. ModuleI2CtrongViđiềukhiển
PIC


Vớinhữngtiệníchđemlại,khốigiaotiếpI2Cđãđượctíchhợpcứngtrongkhánhiều
loạiViđiềukhiểnkhácnhau.TrongcácloạiViđiềukhiểnPICdòngMid‐rangephổbiến
tạiViệtNam,chỉtừ16F88mớicóhỗtrợphầncứngI2C,còncácloại16F84,16F628thì
khôngcó.VớinhữngloạiViđiềukhiểnkhôngcóhỗtrợphầncứnggiaotiếpI2C,đểsử
dụngtacóthểdùngphầnmềmlậptrình,khiđótasẽviếtmộtchươngtrinhdiềukhiển2
chânbấtkỳcủaViđiềukhiểnđểnóthựchiệngiaotiếpI2C
(cáchàmSTART,STOP,
WRITE,READ).TrongbàiviếtnàytađềcậpđếnviệcsửdụnggiaotiếpI2Ccủacácloại
PICcótíchhợpkhốiI2Csẵntrongnó,màcụthểlàViđiềukhiển
PIC16F877A.



2.1.Đặcđiểmphầncứng

HìnhdướiđâychỉracấutrúcphầncứngcủakhốiđiềukhiểnGiaotiếpnốitiếpđồngbộ
(MSSP)hoạtđộngởchếđộI2C.KhốiI2Ccódầyđủchứcnăng,hoạtđộngởcả2chếđộlà
MASTER(chủ)vàSLAVE(tớ),cóngắtxảyrakhicóđiềukiệnSTARThaySTOPxảyra,
nhằmđịnhrõđườngI2Ccódỗihaykhônơng(chứcnăngMulti‐master).Chếđộđịachỉ
có
thểlà7‐bithay10‐bit.


KhốiI2Ccó6thanhghiđiềukhiểnhoạtđộng,đólà:

‐ SSPCON:Thanhghiđiềukhiển

‐ SSPCON2:Thanhghiđiềukhiểnthứ2

‐ SSPSTAT:Thanhghitrạngthái
h
Tác giả: Nguyễn Chí Linh





‐ SSPBUF:Thanhghibộđệmtruyềnnhận


‐ SSPSR:Thanhghidịch

‐ SSPADD:Thanhghiđịachỉ

CácthanhghiSSPCON,SSPBUF,SSPADDvàSSPSON2cóthểtruycậpđọc/ghiđược.
ThanhghiSSPSRkhôngthểtruycậptrựctiếp,làthanhghidichdữliệurahayvào.Các
thanhghiSSPCON,SSPCON2vàSSPSTATđượcđịnhđịachỉbit,mỗibitcóchứcnăng
riêng.Ýnghĩacủatừngthanhghivàcủam ỗibittrongtừngthanhghiđãđượcđềcậpkỹ
trongtàiliệuDatasheetcủaPICvàtrongtàiliệuTUT04.02.PVN.MAFDcủabạnMạnh,tôi
khôngđềcậpthêmởđây.Trongtàiliệunaygtôisẽtậptrungvàoviệc s ửdụngkhốiI2C
củaPICởcácchếđộMastervàSlavetrongphầnmềmbiêndịchCchoPIClàCCS






Hình2.1.CấutrúckhốiI2CtrongPIC




2.2. CáchthứcsửdụngModuleI2CtrongCCS

TrongviệclậptrìnhchoPICsửdụnggiaotiếpI2Ccủanótrongcácứngdụng,người
lậptrìnhcóthểthựchiệnmộtcáchdễdàngvớitrìnhdịchCCS.Nóidễdàngởđâylàch
ỉvề
mặtcúpháplệnh,takhôngcầnsửdụngnhiềucâulệnhkhónhớnhưtronglậptrìnhASM.
h
Tác giả: Nguyễn Chí Linh





Việckhởitạo,chọnchếđộhoạtđộngvàthực hiệngiaotiếpcủaI2Cđãcócáchàmdựng

sẵncủaCCSthựchiện.CáchàmliệtkêdướiđâylàcủaphiênbảnCCS3.242,đólà:


‐ i2c_isr_state():ThôngbáotrạngtháigiaotiếpI2C

‐ i2c_start():TạođiềukiệnSTART


‐ i2c_stop():TạođiềukiệnSTOP

‐ i2c_read():ĐọcgiátrịtừthiếtbịI2C,trảvềgiátrị8bit

‐ i2c_write():Ghigiátrị8bitđếnthiếtbịI2C

ĐểsửdụngkhốiI2Ctas ửdụngkhaibáosau:

#use
i2c(chế_độ,
tốcđộ,sda=PIN_C4,scl=PIN_C3)

‐ Chếđộ:MasterhaySlave

‐ Tốcđộ:Slow(100KHz)hayFast(400KHz)

‐ SDAvàSCLlàcácchâni2ctươngứngcủaPIC

Saukhaibáotrên,tacóthểsửdụngcáchàmnêutrênđểthựchiện,xửlýcácgiaotiếp
i2cvớicácthiếtbịngoạivikhác.

Còntiếpnữa…

3. Kếtluận