作者：桂林电子科技大学 郭祥军　

    摘要在简要对比twi总线与i2c总线的基础上，详细介绍twi总线的内部模块、工作时序和工作模式，并给出一个编程实例加以说明．对twi总线和传统的i2c总线的正确区分及使用具有现实的指导意义。

    关键词 两线串行总线twi i2c

    avr系列的单片机内部集成了twi(two-wire serialinterface)总线。该总线具有i2c总线的特点，即接线简单，外部硬件只需两个上拉电阻，使用时钟线scl和数据线sda就可以将128个不同的设备互连到一起；而且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，数据传输率高达400 khz。正因为twi总线具有这么多的优点，因此受到了使用者的青睐。

    由于该总线与传统的i2c总线极其相似。因此不少人误以为twi总线就是i2c总线，其实这只是一种简单化的理解。twi总线是对i2c总线的继承和发展。它定义了自已的功能模块和寄存器，寄存器各位功能的定义与i2c总线并不相同；而且twi总线引入了状奁寄存器，使得twi总线在操作和使用上比i2c总线更为灵活。在实际应用上，由于大部分单片机内部没有集成i2c总线，因此单片机的控制是通过模拟i2c总线的时序来完成其操作的。

    avr系列的单片机内部集成了twi总线，而且其用法也比i2c更为灵活。本文结合一个实例对twi总线的内部模块、工作时序和工作模式进行了详细介绍，目的在于正确区分twi总线和传统的i2c总线，对如何正确使用twi总线编程也具有现实的指导意义。

    1 twi内部模块

    twi内部由总线接口单元、比特率发生器、地址匹配单元和控制单元等几个子模块组成，如罔1所示。图中，scl、sda为mcu的twi接口引脚。引脚的输出驱动器包含一个波形斜率限制器以满足twi规范；引脚的输入部分包含尖峰抑制单元，以去除小于50ns的毛刺。总线接口单元包括数据与地址寄存器twdr、start／stop控制器和总线仲裁判定硬件电路。比特率发生器单元用来控制twi工作于主机模式时时钟信号scl的周期，具体由twi状态寄存器twsr的预分频系数以及比特率寄存器twbr设定；当twi工作于从机模式时，无需对比特率或预分频进行设定。地址匹配单元将检测从总线上接收到的地址是否与twar寄存器中的7位地址相匹配。控制单元监视twi总线，根据twi控制寄存器twcr的设置作出相应的响应。

    2 twi的工作时序

    twt接口是面向字节和基于中断的。所有的总线事件(例如接收到一个字节或发送一个start信号等)，都会产生一个twi中断。由于twi接口是基于中断的，因此twi接口在字节发送和接收过程中，不需要应用程序干预。twcr寄存器的twi中断允许twte位和sreg寄存器的全局中断允许一起决定应用程序是否响应twint标志位产生的中断请求。如果twie被清零，则应用程序只能采用轮询twint标志位的方法来检测twi总线状态；如果twint标志位被置位，则表示twi接口完成了当前的操作，等待应用程序响应。在这种情况下，twi状态寄存器twsr包含了当前twi总线的状态值。应用程序可读取twcr的状态码，判别此时的状态码是否正确，并通过设置twcr与twdr寄存器来决定下一个twi总线周期twi接口应如何工作。典型的主机字节发送的工作时序如图2所示。

    3 twi的工作模式

    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)。即使同一应用程序也可以使用几种模式。例如，twi可用mt模式向twi的eeprom写入数据，用mr模式从eeprom读取数据。如果系统中有其他主机存在，则它们可能给twi发送数据，此时可以用sr模式。由应用程序决定采用何种模式。由于在实际使用过程中，多使用主机发送模式，所以只对主机发送模式作详细介绍，其它模式下格式和状态可以依此类推。

    在主机发送模式下，主机向从机发送数据。为了进入主机模式，必须先发送start信呼；紧接着的地址包格式决定是进入mt或mr模式。如果发送sla+w，则进入mt模式；如果发送sla+r，则进入mr模式。主机发送模式的格式和状态如图3所