聊一聊I2C總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成、特點(diǎn)及典型故障

2021.01.02

I2C 總線是一種主控電路與被控電路之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸總線。它有兩條線：一條是串行時(shí)鐘線(通常用 SCL或 I2C CLK 表示)，另一條是串行數(shù)據(jù)線(通常用 SDA 或 I2C DATA表示)。

I2C總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.線路簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)

采用I2C總線控制技術(shù)的變頻空調(diào)器與普通數(shù)控空調(diào)器相比，有以下特點(diǎn)和功能。

非總線控制型空調(diào)器的存儲(chǔ)器、顯示屏驅(qū)動(dòng)器與微處理器的連接需要4條以上的線路。而I2C總線采用二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)傳輸方式，使得微處理器與存儲(chǔ)器、顯示屏驅(qū)動(dòng)電路間只需兩線連接，從而大大減少了微處理器與被控集成電路間的引腳個(gè)數(shù)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。

2.便于產(chǎn)品升級(jí)換代

掛接在同一總線上的器件數(shù)可根據(jù)需要增加或減少(直接將被控器件接入電路或從電路中分離出去)。通過(guò)總線上某些器件的更新，產(chǎn)品升級(jí)換代更方便。

3.總線保護(hù)功能

I2C總線具有雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，微處理器可對(duì)I2C總線通信情況和被控集成電路的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)通信線路和被控集成電路出現(xiàn)異常情況時(shí)，微處理器可進(jìn)入自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)電源指示燈顯示出故障部位，并使整機(jī)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。因此，維修人員可通過(guò)指示燈或顯示屏顯示的故障代碼來(lái)判斷故障部位。

I2C總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成

I2C 總線控制系統(tǒng)是由硬件電路和軟件數(shù)據(jù)系統(tǒng)組成的。硬件電路包括主控微處理器、被控單元功能集成電路。軟件數(shù)據(jù)系統(tǒng)則是由許多具有特定含義的二進(jìn)制編碼組成的。軟件數(shù)據(jù)系統(tǒng)必須經(jīng)硬件存儲(chǔ)和傳輸才能實(shí)現(xiàn)它的控制功能。典型的 I2C 總線控制系統(tǒng)如圖2-2所示。

圖2-2 I2C 總線控制系統(tǒng)構(gòu)成方框圖

為了實(shí)現(xiàn)總線控制系統(tǒng)的通信，需要在被控電路內(nèi)部設(shè)置一個(gè)總線接口電路。在總線接口電路中設(shè)有解碼器，由它來(lái)接收微處理器發(fā)出的控制指令和數(shù)據(jù)。同時(shí)，由于被控電路屬于模擬電路，因此需要通過(guò)數(shù)字/模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(D/A轉(zhuǎn)換電路)將微處理器送來(lái)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，對(duì)被控電路實(shí)施控制。

微處理器的總線接口電路多采用開漏極或開集電極輸出方式，因此總線接口電路必須通過(guò)上拉電阻R1、R2接供電電壓。

變頻空調(diào)器的I2C總線控制系統(tǒng)的基本組成

典型的變頻空調(diào)器的I2C總線控制系統(tǒng)由微處理器、擴(kuò)展存儲(chǔ)器E2PROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)、屏顯電路(顯示屏驅(qū)動(dòng)器)構(gòu)成，如圖2-3所示。

由于I2C總線控制系統(tǒng)的SDA、SCL線傳輸?shù)氖撬俾蕵O高的二進(jìn)制編碼信號(hào)，又由于代表數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)信號(hào)為一組一組的不穩(wěn)定的脈沖電壓，因此用萬(wàn)用表或示波器不能準(zhǔn)確地檢測(cè)總線接口電路起始和終止?fàn)顟B(tài)及運(yùn)行在總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)。通常，有數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸時(shí)，總線接口的電壓應(yīng)輕微抖動(dòng)。進(jìn)行功能操作時(shí)，總線接口上的電壓波動(dòng)范圍較未操作時(shí)增大。

圖2-3 典型變頻空調(diào)器I2C總線控制系統(tǒng)構(gòu)成方框圖

掛接在總線上的各種器件或模塊，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，根據(jù)各自的工作狀態(tài)可分為主控發(fā)送器和主控接收器、被控發(fā)送器和被控接收器。微處理器(CPU 或 MCU)可以處于上述任一狀態(tài)，通常稱其為總線系統(tǒng)的第一核心電路。而存儲(chǔ)器(E2PROM)可以是被控接收器或被控發(fā)送器，而不能是主控接收器，但該電路存儲(chǔ)著變頻空調(diào)器正常工作所需的幾乎全部數(shù)據(jù)，所以存儲(chǔ)器通常被稱為總線控制系統(tǒng)的第二核心電路。

典型故障

如何區(qū)分變頻空調(diào)器的軟、硬件故障往往是維修者感到頭疼的事情。對(duì)于系統(tǒng)的軟件故障的判斷，不能依照傳統(tǒng)電子電路的維修和判斷故障的模式進(jìn)行。

首先，軟件故障并不是物理元器件的損壞，不管是元器件的外特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均不會(huì)產(chǎn)生異?，F(xiàn)象，產(chǎn)生故障的原因只是計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)的丟失以及時(shí)序關(guān)系的破壞。程序和數(shù)據(jù)的丟失和時(shí)序關(guān)系的破壞用傳統(tǒng)維修方法是不能檢查出來(lái)的。

其次，軟件故障一般會(huì)造成整機(jī)癱瘓不能工作，各局部電路功能也不能脫離系統(tǒng)控制進(jìn)行恢復(fù)，所以一般維修人員常采用分區(qū)排除故障的方法也不能奏效。總線系統(tǒng)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)一旦全部丟失，通常會(huì)導(dǎo)致變頻空調(diào)器不能開機(jī);部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失將造成相應(yīng)部分功能失常，如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速異常、制冷效果差等故障。根據(jù)此特點(diǎn)，如果電源正常，但空調(diào)器不能工作，且保護(hù)電路未動(dòng)作，則應(yīng)考慮故障很有可能是存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)丟失所致。