AVR單片機中TWI的模塊化檢測系統設計

摘要：主要利用AVR單片機中的TWI模塊，構建了一個基于TWI總線的模塊化檢測系統。通過利用TWI總線相對于I2C總線的強大靈活性，增加了容錯處理程序，提高了總線的穩定性和可靠性，使得整個檢測系統的抗干擾性更強。在從機TWI程序設計上使用TWI中斷，消除了等待TWINT置住所浪費的時間，提高了程序的執行效率。
關鍵詞：TWI；I2C BUS；模塊化；容錯處理

引言
隨著設備信息化和智能化程度的不斷提高，設備間的通信變得愈加重要。目前，設備間的通信，尤其是多個設備間的通信，大多數都是依靠各種不同標準的總線實現的。通過總線實現設備間的通信減少了物理連線，簡化了硬件設計工作，同時也便于擴展。因此，總線，尤其是各種工業總線，得到了廣泛的應用。在智能化嵌入式系統設計中，有時由于各種外圍設備較多，也會應用總線解決通信的問題。當今最為常見的是由Philips公司開發的I2C總線，它用于連接微控制器及其外圍設備，增加了系統的安全性，方便了管理。而Atmel公司的TWI接口是I2C總線基礎上的繼承和發展，它定義了自己的功能模塊和寄存器，其寄存器各位功能的定義與I2C總線并不相同。另外TWI總線引入了狀態寄存器，使得TWI總線在操作和使用上比I2C總線更加靈活。本文主要利用TWI總線強大的靈活性，設計了基于該總線的模塊化檢測系統，巧妙利用TWI狀態寄存器，大大提高了TWI總線在該檢測系統中的穩定性和可靠性。

1 TWI模塊簡介
TWI通信接口簡單靈活，功能強大，非常適合應用于微控制器系統。它支持主機和從機操作；器件可以工作于發送器模式或接收器模式；7位地址空間允許有128個從機；支持多主機仲裁；高達400 kHz的數據傳輸率；輸出驅動器斜率受控；噪聲抑制器可以抑制總線尖峰；從機地址以及公共地址完全可編程；睡眠時地址匹配可以喚醒AVR。
如圖1所示，TWI模塊包括控制單元、比特率發生器單元、地址匹配單元、總線接口單元和SCL和SDA引腳，位于粗線之中的寄存器都可以通過AVR數據總線進行訪問。其中TWAR寄存器的高7位為從機地址。工作于從機模式時，TWI總線將根據這個地址進行響應。

TWI的兩根線在工作時必須有上拉電阻，上拉電阻的實現既可以通過內部的上拉電阻使能，也可以通過在硬件設計時增加上拉電阻。在實際應用時最好在外部硬件上增加上拉電阻，以防止程序遺漏使能上拉電阻。
TWI可以工作于4種不同的模式，即主機發送模式(MT)、主機接收模式(MR)、從機發送模式(ST)和從機接收器模式(SR)。當TWI上出現多個主機時，就會發生多主機仲裁。TWI多主機仲裁相對I2C總線的多主機仲裁，其特點就是除了依靠自身硬件的監測之外，還可以通過軟件讀取TWSR狀態寄存器來判斷自己在總線中的精確狀態，以便為下一步動作提供更精確的診斷依據。在編寫TWI總線驅動程序時，需要注意，只有當時鐘信號為高電平時，信號線SDA上的電平信息才有意義。