I²C(Inter Integrated Circuit)總線是Philips公司開發的一種雙向兩線多主機總線，它能方便地實現芯片間的數據傳輸與控制。通過兩線緩沖接口和內部控制與狀態寄存器，可方便地完成多機間的非主從通信或主從通信。基于I²C總線的多機通信電路結構簡單、程序編寫方便，易于實現系統軟硬件的模塊化和標準化。
　　本文給出了基于I²C總線的多機通信調度指揮系統方案，討論了系統的軟硬件設計。
1 系統硬件設計
　　本調度指揮系統由主機和調度操作臺兩部分組成，工作原理如圖1所示,兩者間通過RS422總線實現較長距離的數據傳送" title="數據傳送">數據傳送。主機和操作臺內部均采用分散多處理器控制，處理器間采用I²C總線進行數據通信。

　　主機內部采用分散控制方式，整個交換系統被分割成多個用戶子系統及1個通信子系統，每個子系統由一個CPU處理單元負責128個用戶的呼叫控制和管理，多個子系統之間通過I²C組成一個無主通信總線" title="通信總線">通信總線進行信息交互(如呼叫處理信息、維護信息等)，構成一個完整的交換系統。
　　調度操作臺由操作臺控制CPU、顯示屏及多個用戶鍵板構成，支持128～1024個操作按鍵和256～2048個LED指示燈，每個操作按鍵可縮位一組電話號碼對應主機內的一個電話用戶，雙燈組合指示該電話用戶狀態，并支持LCD中文顯示。操作臺內部主控CPU與用戶鍵板控制CPU之間通過I²C總線組成主從通信總線進行信息交互(按鍵信息、LED顯示信息)。
1.1 主機I²C總線構成
　　子系統的CPU處理單元由Philips-80C652單片機配合外圍電路(如EPROM、RAM、EEPROM、譯碼和I/O驅動等)構成，80C652具有一個支持雙向數據傳送的I²C總線串行接口，I²C總線邏輯根據路徑自動地進行數據傳送。CPU對I²C總線的訪問通過以下四個特殊功能寄存器完成：
　　S1CON(D8H)　　　　SIO1控制寄存器
　　S1STA(D9H)　　　　SIO1狀態寄存器
　　S1DAT(DAH)　　　　SIO1數據寄存器
　　S1ADR(DBH)　　　　SIO1從地址寄存器
　　SIO1邏輯通過P1.6/SCL和P1.7/SDA兩個引腳連接到外部I²C總線，可工作于以下四種模式：主發送模式、主接收模式、從接收模式、從發送模式。各子系統間的I²C接口復接即構成了主機I²C通信總線，采用無主通信方式，每個CPU既可以響應通用地址的廣播呼叫，也可以進行點對點通信，完全滿足程控交換的信息傳送要求且結構簡單。連接示意圖如圖2所示。

1.2 調度臺I²C總線構成
　　操作臺控制CPU板由Philips-80C652單片機配合外圍電路(如EPROM、RAM、EEPROM、譯碼和顯示驅動電路等)構成，其P1.6-SCL、P1.7-SDA為I²C總線接口SIO1。單片機的SIO0通過MC3486/3487與主機通過RS422接口通信，SIO1與用戶鍵板的P87LPC764通信，最多可支持63塊用戶鍵板的通信連接。
　　每個用戶鍵板均采用Philips-P87LPC764單片機控制，每塊鍵板提供64個用戶按鍵及128個用戶鍵燈。P87LPC764是51LPC系列OTP單片機，其最大特點是改進型80C51系列，增加了WDT看門狗、I²C總線、二個模擬量比較器、上電復位檢測，保證I/O口驅動電流達到20mA，運行速度為標準80C51的2倍，而且溫度范圍達到了工業級標準(－40℃～+85℃)。該芯片的I²C總線系統包括一個可簡化軟件驅動的I²C總線硬件。除了必要的總線仲裁、錯誤檢測、時鐘擴展和總線超時定時器外，還包括一個一位接口，這個接口通過循環查詢或中斷同步軟件。
　　采用該設計的優點在于系統擴充性強，軟件功能分擔：由P87LPC764進行按鍵掃描和LED顯示處理，大大減輕了主CPU-80C652的負擔；由于P87LPC764性價比優越，比專用鍵盤電路更便宜，功能上也可靈活改變；鍵板可按需配置，只需簡單的4線連接(SDA、SCL、+5V、GND)。調度臺I²C總線連接示意圖如圖3所示。

2 I²C總線的數據傳送方式
　　I²C總線器件之間通過串行數據線SDA和串行時鐘線SCL傳送數據，交換信息。每個器件(微控制器、LCD驅動器、存儲器或鍵盤接口)都要設置一個獨特的地址碼以示區別。根據通訊需要，器件可以工作于發送或接收方式，并允許有多個設備作為主站控制總線。總線上主和從、發送和接收的關系僅取決于每次數據傳送的方向。
2.1 I²C總線傳輸數據格式
　　I²C總線的數據傳送格式如圖4所示。

　　S：start信號；
　　SLA：從機地址，也可以是通用地址；
　　R/W：讀寫控制位；
　　A：ACK響應；
　　DATA0～DATA7：每組傳送8個數據字節；
　　S /P：下一個start或stop信號。
　　首先發送開始(start)信號，然后傳送第一個字節：高7位是從機地址，低位表示讀/寫(R/W)狀態，“0”表示寫操作，“1”表示讀操作。由于CPU之間采用無主通信或主從通信，一般只采用主發送和從接收模式，因此該位均填0表示數據發送；總線上的每個物理器件判斷接收的地址與本機地址是否一致，地址一致，返回ACK，進行正常的數據傳送。每個地址或數據后必須跟應答信號，當一個正常的應答信號有效時，SCL時鐘為高電平，接收模塊數據線SDA置低，同時按字節傳送數據，傳送結束由發送端發送stop信號或下一個start信號。
　　從機地址由各CPU按統一原則進行分配，主機各子系統可按各自的系統號從01H開始編排，00H作為通用呼叫地址；調度臺80C652地址取01H，P87LPC764地址范圍為40H～7FH，其它地址待擴充。
　　處理器之間采用固定8字節數據通信：DATA0、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、DATA5、DATA6、DATA7。
　　DATA0：目的地址，發送時可根據該地址確定從機地址；
　　DATA1：源地址；
　　DATA2：消息編碼，可按需分配；
　　DATA3～DATA7：該消息應攜帶的其它必要信息。
　　以調度臺為例，80C652向P87LPC764發送LED燈顯示數據：目址、源址、55H(消息編碼)，鍵地址、左燈狀態、右燈狀態、#0EEH、#0EEH。
　　目址：即P87LPC764地址、40H～7FH；
　　源址：即80C652地址，01H；
　　鍵地址：每片P87LPC764所處理的按鍵地址，00H～3FH(64鍵)；
　　燈狀態：即讓對應燈處于滅、常亮、閃爍等狀態值。
3 通信軟件設計
　　主機和調度臺80C652單片機上電時首先裝載本機從地址和通用地址，設置I²C總線為高中斷。由中斷處理程序" title="中斷處理程序">中斷處理程序自動接收數據存入數據緩沖區并查詢是否有數據發送，若有,進行相應發送處理；系統設置50ms定時中斷處理，集中處理接收到的信息，按要求進行相關處理，并查詢是否有數據需發送，若有填入發送緩沖區，設置待發送S1CON標志，由中斷處理程序發送。流程如圖5所示。

　　鍵板I²C總線軟件處理過程為：鍵板P87LPC764初始化，裝載本機從地址，設置定時器I為高中斷，I²C總線普通中斷。主程序中進行I²C總線數據發送檢查，進行重發處理；接收數據處理；待發送數據處理及設置主站待發。定時器I負責監視I²C總線，計時溢出復位I²C接口硬件。I²C中斷處理程序完成數據的接收和發送工作。流程如圖6所示。