臺灣博碩士論文加值系統

由於單晶片控制器在其能力上的限制，無法替代一功能強大的控制器，所以本論文研製完成一套以I2C網路通訊為骨幹的分散式單晶片通訊系統，藉由網路的連接，可以把單晶片控制器整合起來，以分散式的多CPU架構來取代傳統式的集中式單CPU架構，以簡化系統軟體開發與維護的複雜度。
本系統的硬體部份為Microchip公司的PIC18F452單晶片微控制器為核心，針對不同的通訊環境與容錯需求，開發了一系列的I2C匯流排通訊元件，並設計了一套模擬斷線的測試模組，來檢驗每個通訊元件在斷線過程中能否發揮錯誤修正的作用，通訊元件程式係以C語言撰寫，可移植到任何的CPU。
本研究成果以應用於X-Y平台、六軸史都華平台 ( Stewart platform ) 以及無人載具航電系統。結果顯示應用I2C Bus網路所建構的分散式單晶片系統，具有系統設計模組化、開放式的架構、簡化配線、易於擴充等多重優點。

Due to the limited ability of single-chip controller, it can not cover all the functionality provided by “Powerful controllers”, so we propose a single-chip system based on I2C network communication to integrate single-controller, and replace centralized communication architecture with multi-controllers distributed one.
The core of this chip is PIC18F452 produced by Microchip, we utilize this to develop a chain of communication components to fit any different requirements in single-chip communication and fault tolerance field. In addition, we build up a testing module applied on “broken line” simulation, it assists us to detect if any communication component can fix fault during “broken line”. This test module is implemented by C language, so it could be ported to different platforms without extra efforts.
This research has been carried out in X-Y platform, Stewart platform and auto pilot system. The experiments show that I2C network distributed single-chip system takes several benefits such as modulization, open architecture, simple layout, and scalable.

第一章 緒論
1.1 研究背景 12
1.2 文獻回顧 13
1.3 研究目的 18
1.4 論文架構 18
1.5 名詞解釋 19
1.5.1 匯流排-Bus 19
1.5.2 通訊協定-Protocol 20
1.5.3 交握-Handshaking 20
1.5.4 暫停逾時-Timeout 20
1.5.5 總和檢查-Checksum 21
1.5.6 有限狀態機-Finite State Machine 21
第二章 通訊協定介紹與比較 22
2.1 通訊協定的介紹 22
2.1.1 RS-232 22
2.1.2 RS-485 23
2.1.3 CAN Bus 23
2.1.4 Ethernet 24
2.1.5 I2C Bus 25
2.2 I2C匯流排簡介 25
2.3 I2C匯流排傳輸協定 28
2.4 I2C匯流排設計考量性 31
2.5 I2C匯流排硬體特性 32
第三章 單晶片控制系統規劃 35
3.1 單晶片控制器模式 36
3.1.1 集中式控制系統 36
3.1.2 分散式控制系統 37
3.2 資料傳輸方式 41
3.2.1 平行傳輸 41
3.2.2 序列傳輸 42
3.3 I2C傳輸協定的優點 43
3.4 資料可靠度保護機制 44
3.5 系統硬體架構簡介 46
第四章 I2C匯流排元件軟體規劃 50
4.1 I2C匯流排工具元件介紹 50
4.1.1 通訊元件第一類 50
4.1.2 通訊元件第二類 52
4.1.3 通訊元件第三類 52
4.1.4 通訊元件第四類 53
4.1.5 通訊元件第五類 54
4.2 I2C 匯流排元件工具箱 54
4.3 I2C主控元件傳送模式之程式規劃 58
4.4 I2C主控元件接收模式之程式規劃 62
4.5 I2C從屬元件之程式規劃 63
4.6 從屬元件的資料接收 65
4.6.1 軟體輪詢模式 66
4.6.2 硬體輪詢模式 67
4.6.3 多主控元件模式 68
第五章 I2C匯流排元件測試結果與討論 70
5.1 I2C匯流排模擬斷線測試模組 70
5.2 I2C通訊狀況變數 74
5.3 I2C匯流排模擬斷線測試結果 76
5.3.1 主控元件傳送模式時SDA斷線 78
5.3.2 主控元件傳送模式時SCL斷線 78
5.3.3 主控元件傳送模式時SCL 和 SDA同時斷線 79
5.3.4 主控元件接收模式時SDA斷線 80
5.3.5 主控元件接收模式時SCL斷線 81
5.3.6 主控元件接收模式時SCL 和 SDA同時斷線 84
第六章 結論 85
參 考 文 獻 88

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