I2C转UART接口方案的专用协议转换芯片
OD2101芯片应用详解
一、 概述OD2101芯片为14脚TSSOP封装的CMOS器件，是一款提供I2C转UART接口方案的专用协议转换芯片。该芯片可以方便用户进行I2C接口的扩展，将数据与RS232，RS485总线进行透明传输。当设计中需要扩展微处理器的串口或希望在单独I2C总线上与UART器件进行数据交换，使用该芯片可以简单的实现方案。
OD2101芯片具有低功耗（关断状态下功耗可降到10μA以下），内部复位，内部晶振等特点，用户可以用非常少的引脚和外围电路就可以实现芯片工作。一条I2C总线可以最多支持8个OD2101芯片。
二、 引脚及说明采用14脚TSSOP封装，引脚图如图1所示。其管脚定义如下：
2
IRQ
中断输出（开漏极）低有效
3
RST
复位管脚（需要通过上拉电阻5~10K接VDD）
4
VSS
地
5
SHDN
硬件关断输入脚。当关断产生（SHDN置高），芯片停止工作，所有接口变成高阻态，系统进入节电模式。正常工作需要接低电平。
6
SDA
串行数据线
7
SCL
串行时钟线
8
RXD
串行口输入
9
TXD
串行口输出
10
VDD
电源：2.4V~3.6V
11
CTS
低有效输入管脚。通过CTS寄存器读取。通常用在RS-232的清除输入功能。
12
RTS
低有效输出管脚。通过RTS寄存器控制。通常用在RS-232的输出请求或RS-485的驱动使能。
13
A2
I2C地址输入2
14
A1
I2C地址输入1
表1 管脚描述
三、 功能详述下面我们根据一个单片机与OD2101芯片通讯的实例，一步步说明如何使用这颗芯片。
电路及说明本实例采用8051单片机与OD2101芯片进行通讯连接，相关电路如下图所示：
图2 OD2101电路连接图
电路连接图采用8051的P1.3和P1.3模拟I2C接口，P0.0作为中断输入信号。A0、A1、A2管脚都接地，因此OD2101的从机地址为0x50。我们可以通过改变A0、A1、A2管脚的高低点平来改变OD2101的从机地址，从而实现控制多个OD2101的目的。如A0、A1、A2管脚高低点平为（100），OD2101的从机地址即为（0x50+0x02=0x52）。
模拟I2C软件库说明模拟I2C软件包共有两个文件，分别为VIRTUAL_I2C.C和VIRTUAL_I2C.H。此软件库主要针对12M晶振的8051单片机设计，用户如果采用其他微处理器，可以修改相关部分进行改进。软件包的I2C接口定义如下：
sbit SDA=P1^3; /*模拟I2C数据传送位*/
sbit SCL=P1^2; /*模拟I2C时钟控制位*/
软件库集成了I2C主机模式下的函数集，由于OD2101的操作需要从机地址和硬件子地址。我们在这里主要使用如下两个函数：
/*******************************************************************
有子地址发送多字节数据函数
功能: 从启动总线到发送地址，子地址,数据，结束总线的全过程,从器件
地址sla，子地址suba，发送内容是s指向的内容，发送no个字节。
如果返回1表示操作成功，否则操作有误。
*******************************************************************/
extern bit ISendStr(uchar sla,uchar suba,uchar *s,uchar no) ;
/*******************************************************************
有子地址读取多字节数据函数
功能: 从启动总线到发送地址，子地址,读数据，结束总线的全过程,从器件
地址sla，子地址suba，读出的内容放入s指向的存储区，读no个字节。
如果返回1表示操作成功，否则操作有误。
*******************************************************************/
extern bit IRcvStr(uchar sla,uchar suba,uchar *s,uchar no);
寄存器读写关于OD2101芯片寄存器设置，请参考芯片说明文档。程序中设置寄存器地址如下：
#define WR 0x00 /*数据读寄存器*/
#define RD 0x00 /*数据写寄存器*/
#define UARTBUF 0x01 /*UART接收缓存接收字节数*/
#define I2CBUF 0x02 /*I2C可加载字节数*/
#define CTRL 0x03 /*UART接口控制寄存器*/
需要注意的是，我们在利用这些寄存器读写数据的时候，这些地址都为硬件子地址。在I2C主机控制读写数据时的顺序应为：（从机地址R/W） + 硬件子地址 + 数据….。这种带有硬件子地址的I2C读写顺序与普通只有从机地址的I2C读写顺序有些不同，相关资料请查询I2C总线协议。我们在利用I2C库文件读写就比较方便，例如我们向I2C接口发送“ABCDE”这几个字符，就可用如下方式编写：
ISendStr( OD2101 , WR , "ABCDE", 5);
OD2101通讯接口的设置主要包括：波特率的设置、CTS和RTS的选择设置、数据清空设置选项。
波特率设置
OD2101的UART波特率设置由控制寄存器的0~4位来决定，我们在写入控制字后，波特率立即生效，如我们设置9600的波特率如下所示：
IRcvStr( OD2101 , CTRL , &in_dat , 1 ) ; /*读取OD2101控制寄存器*/
in_dat = ( in_dat & 0xf0 ) | UART_9600 ; /*设置OD2101波特率为9600*/
ISendStr( OD2101 , CTRL, &in_dat , 1) ; /*发送控制字节*/
OD2101的UART波特率为固定波特率选项，如下表所示：
|
波特率 B3 B2 B1 B0 |
波特率 |
波特率 B3 B2 B1 B0 |
波特率 |
|
0 0 0 0 |
9600 |
1 0 0 0 |
4800 |
|
0 0 0 1 |
300 |
1 0 0 1 |
7200 |
|
0 0 1 0 |
600 |
1 0 1 0 |
14400 |
|
0 0 1 1 |
900 |
1 0 1 1 |
19200 |
|
0 1 0 0 |
1200 |
1 1 0 0 |
28800 |
|
0 1 0 1 |
1800 |
1 1 0 1 |
38400 |
|
0 1 1 0 |
2400 |
1 1 1 0 |
57600 |
|
0 1 1 1 |
3600 |
1 1 1 1 |
115200 |
表2：波特率对照表
程序中，波特率对照表如下所示：
/*定义OD2101波特率*/
enum{ UART_9600,UART_300,UART_600,UART_900,UART_1200,
UART_1800,UART_2400,UART_3600,UART_4800,UART_7200,
UART_14400,UART_19200,UART_28800,UART_38400,
UART_57600,UART_115200 };
CTS和RTS控制
CTS和RTS是串行通讯中流控制的两个管脚，本身成对出现。一般连接方式如下图所示：
图2 UART流控制示意图。
具体地说，就是当接收方（UART2）认为可以接受UART数据时，将RTS置为有效位。发送方（UART1）的CTS管脚接收到此信号后，才将数据进行发送。一般来说，当UART数据接收缓存大于两个字节空余时，就可以将RTS置为有效接收。当然，OD2101的UART接收缓冲区具有64位的字节，用户可以按照自己数据流量的需求定义RTS。CTS和RTS的置位和读取如下代码所示：
IRcvStr( OD2101 , CTRL , &in_dat , 1 ) ; /*读取OD2101控制寄存器*/
if( in_dat & (1<<4) ) /* CTS管脚为低 */
else /* CTS 管脚为高 */
IRcvStr( OD2101 , CTRL , &in_dat , 1 ) ; /*读取OD2101控制寄存器*/
in_dat |= (1<<5) ; /*设置RTS为低，置高为in_dat &= (~(1<<5)) ;*/
ISendStr( OD2101 , CTRL, &in_dat , 1) ; /*发送控制字节*/
数据清空设置
数据清空设置比较简单，只要把控制寄存器相应位置位并发送，相关接口的数据缓冲区的数据立即被清空。
关断功能
当SHDN管脚置高时，芯片进入关断功能状态。这时所有通讯接口均进入高阻态，系统进入低功耗状态。除了SHDN，其他触发都不能改变芯片状态。当SHDN重新置低后，系统恢复正常工作，所有寄存器恢复到关断前状态（I2C和UART数据缓冲区数据全部清空）。
例程试验本试验例程首先设置OD2101的UART波特率为9600，然后发送“good\n”5个字符到I2C接口，用户可以通过OD2101的UART口接收观察数据是否正确发送出去。在大循环中，程序轮询IRQ管脚是否产生中断（建议在开发中采用硬件中断方式），当中断产生时，接收I2C数据，并进行大小写转换，然后将传唤后的数据发送回OD2101。相关试验程序如下：
IRQ = 1 ; /*将IRQ管脚设置成输入状态*/
IRcvStr( OD2101 , CTRL , &in_dat , 1 ) ; /*读取OD2101控制寄存器*/
in_dat = ( in_dat & 0xf0 ) | UART_9600 ; /*设置OD2101UART波特率为9600*/
ISendStr( OD2101 , CTRL, &in_dat , 1) ; /*发送控制字节*/
ISendStr( OD2101 , WR , "good\n", 5); /*发送"good"字节到OD2101*/
while(1)
{
if( !IRQ) /*判断是否有接收中断产生*/
{
DelayNs(10) ; /*延时过滤杂波*/
if( !IRQ )
{
IRcvStr(OD2101,UARTBUF,&in_dat,1) ;/*UART接收缓存接收字节*/
for( i = 0 ; i < in_dat ; i++ ) /*将接收缓冲区的数据读出*/
{
IRcvStr( OD2101 , RD , &in_dat1 , 1 ) ; /*读取一个字节数据*/
/*将读取出的数据进行大小写转换*/
if( (in_dat1>='A')&&(in_dat1<='Z') )
{
in_dat1 += 'a'-'A' ;
}
else if( (in_dat1>='a')&&(in_dat1<='z') )
{
in_dat1 -= 'a'-'A' ;
}
ISendStr(OD2101, WR, &in_dat1, 1);/*将转换后的数据发送给I2C总线*/
}
}
}
}
总结OD2101是一款简单实用的I2C转UART协议转换芯片，用户可以在缺少UART或需要扩展多串口的场合下使用此芯片。考虑到I2C接口的地址重复问题，如果OD2101地址被占用，客户也可以选择OD2101A（从机地址为0x70）使用。本次试验采用的是模拟I2C接口编程，实际使用中强烈建议客户采用硬件I2C接口进行，因为毕竟UART的软件模拟要比I2C容易的多，何必多此一举呢！：）
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