聊一聊I2C总线控制系统的构成、特点及典型故障

I2C 总线是一种主控电路与被控电路之间的双向数据传输总线。它有两条线：一条是串行时钟线(通常用 SCL或 I2C CLK 表示)，另一条是串行数据线(通常用 SDA 或 I2C DATA表示)。

I2C总线控制系统的特点

1.线路简单、功能强

采用I2C总线控制技术的变频空调器与普通数控空调器相比，有以下特点和功能。

非总线控制型空调器的存储器、显示屏驱动器与微处理器的连接需要4条以上的线路。而I2C总线采用二进制串行数据传输方式，使得微处理器与存储器、显示屏驱动电路间只需两线连接，从而大大减少了微处理器与被控集成电路间的引脚个数，简化了电路结构。

2.便于产品升级换代

挂接在同一总线上的器件数可根据需要增加或减少(直接将被控器件接入电路或从电路中分离出去)。通过总线上某些器件的更新，产品升级换代更方便。

3.总线保护功能

I2C总线具有双向数据传输功能，微处理器可对I2C总线通信情况和被控集成电路的工作状态进行监测，当通信线路和被控集成电路出现异常情况时，微处理器可进入自动保护状态，输出相应的控制信号，通过电源指示灯显示出故障部位，并使整机进入保护状态。因此，维修人员可通过指示灯或显示屏显示的故障代码来判断故障部位。

I2C总线控制系统的构成

I2C 总线控制系统是由硬件电路和软件数据系统组成的。硬件电路包括主控微处理器、被控单元功能集成电路。软件数据系统则是由许多具有特定含义的二进制编码组成的。软件数据系统必须经硬件存储和传输才能实现它的控制功能。典型的 I2C 总线控制系统如图2-2所示。

图2-2 I2C 总线控制系统构成方框图

为了实现总线控制系统的通信，需要在被控电路内部设置一个总线接口电路。在总线接口电路中设有解码器，由它来接收微处理器发出的控制指令和数据。同时，由于被控电路属于模拟电路，因此需要通过数字/模拟信号转换电路(D/A转换电路)将微处理器送来的数字信号转换为模拟信号，对被控电路实施控制。

微处理器的总线接口电路多采用开漏极或开集电极输出方式，因此总线接口电路必须通过上拉电阻R1、R2接供电电压。

变频空调器的I2C总线控制系统的基本组成

典型的变频空调器的I2C总线控制系统由微处理器、扩展存储器E2PROM(电可擦可编程只读存储器)、屏显电路(显示屏驱动器)构成，如图2-3所示。

由于I2C总线控制系统的SDA、SCL线传输的是速率极高的二进制编码信号，又由于代表数据信息的数据信号为一组一组的不稳定的脉冲电压，因此用万用表或示波器不能准确地检测总线接口电路起始和终止状态及运行在总线上的数据信号。通常，有数据信号传输时，总线接口的电压应轻微抖动。进行功能操作时，总线接口上的电压波动范围较未操作时增大。

图2-3 典型变频空调器I2C总线控制系统构成方框图

挂接在总线上的各种器件或模块，在进行数据传输时，根据各自的工作状态可分为主控发送器和主控接收器、被控发送器和被控接收器。微处理器(CPU 或 MCU)可以处于上述任一状态，通常称其为总线系统的第一核心电路。而存储器(E2PROM)可以是被控接收器或被控发送器，而不能是主控接收器，但该电路存储着变频空调器正常工作所需的几乎全部数据，所以存储器通常被称为总线控制系统的第二核心电路。

典型故障

如何区分变频空调器的软、硬件故障往往是维修者感到头疼的事情。对于系统的软件故障的判断，不能依照传统电子电路的维修和判断故障的模式进行。

首先，软件故障并不是物理元器件的损坏，不管是元器件的外特性和内部结构均不会产生异常现象，产生故障的原因只是计算机程序和数据的丢失以及时序关系的破坏。程序和数据的丢失和时序关系的破坏用传统维修方法是不能检查出来的。

其次，软件故障一般会造成整机瘫痪不能工作，各局部电路功能也不能脱离系统控制进行恢复，所以一般维修人员常采用分区排除故障的方法也不能奏效。总线系统存储器内的数据一旦全部丢失，通常会导致变频空调器不能开机;部分数据丢失将造成相应部分功能失常，如风扇转速异常、制冷效果差等故障。根据此特点，如果电源正常，但空调器不能工作，且保护电路未动作，则应考虑故障很有可能是存储器的数据丢失所致。