I²C(Inter Integrated Circuit)总线是Philips公司开发的一种双向两线多主机总线，它能方便地实现芯片间的数据传输与控制。通过两线缓冲接口和内部控制与状态寄存器，可方便地完成多机间的非主从通信或主从通信。基于I²C总线的多机通信电路结构简单、程序编写方便，易于实现系统软硬件的模块化和标准化。
　　本文给出了基于I²C总线的多机通信调度指挥系统方案，讨论了系统的软硬件设计。
1 系统硬件设计
　　本调度指挥系统由主机和调度操作台两部分组成，工作原理如图1所示,两者间通过RS422总线实现较长距离的数据传送" title="数据传送">数据传送。主机和操作台内部均采用分散多处理器控制，处理器间采用I²C总线进行数据通信。

　　主机内部采用分散控制方式，整个交换系统被分割成多个用户子系统及1个通信子系统，每个子系统由一个CPU处理单元负责128个用户的呼叫控制和管理，多个子系统之间通过I²C组成一个无主通信总线" title="通信总线">通信总线进行信息交互(如呼叫处理信息、维护信息等)，构成一个完整的交换系统。
　　调度操作台由操作台控制CPU、显示屏及多个用户键板构成，支持128～1024个操作按键和256～2048个LED指示灯，每个操作按键可缩位一组电话号码对应主机内的一个电话用户，双灯组合指示该电话用户状态，并支持LCD中文显示。操作台内部主控CPU与用户键板控制CPU之间通过I²C总线组成主从通信总线进行信息交互(按键信息、LED显示信息)。
1.1 主机I²C总线构成
　　子系统的CPU处理单元由Philips-80C652单片机配合外围电路(如EPROM、RAM、EEPROM、译码和I/O驱动等)构成，80C652具有一个支持双向数据传送的I²C总线串行接口，I²C总线逻辑根据路径自动地进行数据传送。CPU对I²C总线的访问通过以下四个特殊功能寄存器完成：
　　S1CON(D8H)　　　　SIO1控制寄存器
　　S1STA(D9H)　　　　SIO1状态寄存器
　　S1DAT(DAH)　　　　SIO1数据寄存器
　　S1ADR(DBH)　　　　SIO1从地址寄存器
　　SIO1逻辑通过P1.6/SCL和P1.7/SDA两个引脚连接到外部I²C总线，可工作于以下四种模式：主发送模式、主接收模式、从接收模式、从发送模式。各子系统间的I²C接口复接即构成了主机I²C通信总线，采用无主通信方式，每个CPU既可以响应通用地址的广播呼叫，也可以进行点对点通信，完全满足程控交换的信息传送要求且结构简单。连接示意图如图2所示。

1.2 调度台I²C总线构成
　　操作台控制CPU板由Philips-80C652单片机配合外围电路(如EPROM、RAM、EEPROM、译码和显示驱动电路等)构成，其P1.6-SCL、P1.7-SDA为I²C总线接口SIO1。单片机的SIO0通过MC3486/3487与主机通过RS422接口通信，SIO1与用户键板的P87LPC764通信，最多可支持63块用户键板的通信连接。
　　每个用户键板均采用Philips-P87LPC764单片机控制，每块键板提供64个用户按键及128个用户键灯。P87LPC764是51LPC系列OTP单片机，其最大特点是改进型80C51系列，增加了WDT看门狗、I²C总线、二个模拟量比较器、上电复位检测，保证I/O口驱动电流达到20mA，运行速度为标准80C51的2倍，而且温度范围达到了工业级标准(－40℃～+85℃)。该芯片的I²C总线系统包括一个可简化软件驱动的I²C总线硬件。除了必要的总线仲裁、错误检测、时钟扩展和总线超时定时器外，还包括一个一位接口，这个接口通过循环查询或中断同步软件。
　　采用该设计的优点在于系统扩充性强，软件功能分担：由P87LPC764进行按键扫描和LED显示处理，大大减轻了主CPU-80C652的负担；由于P87LPC764性价比优越，比专用键盘电路更便宜，功能上也可灵活改变；键板可按需配置，只需简单的4线连接(SDA、SCL、+5V、GND)。调度台I²C总线连接示意图如图3所示。

2 I²C总线的数据传送方式
　　I²C总线器件之间通过串行数据线SDA和串行时钟线SCL传送数据，交换信息。每个器件(微控制器、LCD驱动器、存储器或键盘接口)都要设置一个独特的地址码以示区别。根据通讯需要，器件可以工作于发送或接收方式，并允许有多个设备作为主站控制总线。总线上主和从、发送和接收的关系仅取决于每次数据传送的方向。
2.1 I²C总线传输数据格式
　　I²C总线的数据传送格式如图4所示。

　　S：start信号；
　　SLA：从机地址，也可以是通用地址；
　　R/W：读写控制位；
　　A：ACK响应；
　　DATA0～DATA7：每组传送8个数据字节；
　　S /P：下一个start或stop信号。
　　首先发送开始(start)信号，然后传送第一个字节：高7位是从机地址，低位表示读/写(R/W)状态，“0”表示写操作，“1”表示读操作。由于CPU之间采用无主通信或主从通信，一般只采用主发送和从接收模式，因此该位均填0表示数据发送；总线上的每个物理器件判断接收的地址与本机地址是否一致，地址一致，返回ACK，进行正常的数据传送。每个地址或数据后必须跟应答信号，当一个正常的应答信号有效时，SCL时钟为高电平，接收模块数据线SDA置低，同时按字节传送数据，传送结束由发送端发送stop信号或下一个start信号。
　　从机地址由各CPU按统一原则进行分配，主机各子系统可按各自的系统号从01H开始编排，00H作为通用呼叫地址；调度台80C652地址取01H，P87LPC764地址范围为40H～7FH，其它地址待扩充。
　　处理器之间采用固定8字节数据通信：DATA0、DATA1、DATA2、DATA3、DATA4、DATA5、DATA6、DATA7。
　　DATA0：目的地址，发送时可根据该地址确定从机地址；
　　DATA1：源地址；
　　DATA2：消息编码，可按需分配；
　　DATA3～DATA7：该消息应携带的其它必要信息。
　　以调度台为例，80C652向P87LPC764发送LED灯显示数据：目址、源址、55H(消息编码)，键地址、左灯状态、右灯状态、#0EEH、#0EEH。
　　目址：即P87LPC764地址、40H～7FH；
　　源址：即80C652地址，01H；
　　键地址：每片P87LPC764所处理的按键地址，00H～3FH(64键)；
　　灯状态：即让对应灯处于灭、常亮、闪烁等状态值。
3 通信软件设计
　　主机和调度台80C652单片机上电时首先装载本机从地址和通用地址，设置I²C总线为高中断。由中断处理程序" title="中断处理程序">中断处理程序自动接收数据存入数据缓冲区并查询是否有数据发送，若有,进行相应发送处理；系统设置50ms定时中断处理，集中处理接收到的信息，按要求进行相关处理，并查询是否有数据需发送，若有填入发送缓冲区，设置待发送S1CON标志，由中断处理程序发送。流程如图5所示。

　　键板I²C总线软件处理过程为：键板P87LPC764初始化，装载本机从地址，设置定时器I为高中断，I²C总线普通中断。主程序中进行I²C总线数据发送检查，进行重发处理；接收数据处理；待发送数据处理及设置主站待发。定时器I负责监视I²C总线，计时溢出复位I²C接口硬件。I²C中断处理程序完成数据的接收和发送工作。流程如图6所示。