TWI模块由几个子模块组成，如图10-21所示。所有位于粗线之中的寄存器可以通过AVR数据总线进行访问。
1.SCL和SDA引脚
SCL与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。引脚的输入部分包括尖峰抑制单元以去除小于50ns的毛刺。当相应的端口设置为SCL与SDA引脚时，可以使能I/O口内部的上拉电阻，这样可省掉外部的上拉电阻。
2.比特率发生器单元
TWI工作于主机模式时，比特率发生器控制时钟信号SCL的周期。具体由TWI状态寄存器TWSR的预分频系数和比特率寄存器TWBR设定。当TWI工作在从机模式时，不需要对比特率或预分频进行设定，但从机的CPU时钟频率必须大于TWI时钟线SCL频率的16倍。注意，从机可能会延长SCL低电平的时间，从而降低TWI总线的平均时钟周期。
图10-21 TWI功能模块图
SCL的频率根据以下的公式产生：
其中：
●TWBR为TWI波特率寄存器的数值。
●TWPS为TWI状态寄存器预分频的数值。
TWI工作在主机模式时，TWBR值应该不小于10。否则主机会在SDA与SCL产生错误输出作为提示信号。问题出现于TWI工作在主机模式下，向从机发送Start+SLA+R/W的时候（不需要真的有从机与总线连接）。
3.总线接口单元
该单元包括数据与地址移位寄存器TWDR、START/STOP控制器和总线仲裁判定硬件电路。TWDR寄存器用于存放发送或接收的数据或地址。除了8位的TWDR，总线接口单元还有一个寄存器，包含了用于发送或接收应答的（N）ACK。这个（N）ACK寄存器不能由程序直接访问。当接收数据时，它可以通过TWI控制寄存器TWCR来置位或清零；在发送数据时，（N）ACK值由TWCR的设置决定。
START/STOP控制器负责产生和检测TWI总线上的START、REPEATEDSTART与STOP状态。即使在MCU处于休眠状态时，START/STOP控制器仍然能够检测TWI总线上的START/STOP条件，当检测到自己被TWI总线上的主机寻址时，将MCU从休眠状态唤醒。(www.xing528.com)
如果TWI以主机模式启动了数据传输，仲裁检测电路将持续监听总线，以确定是否可以通过仲裁获得总线控制权。如果总线仲裁单元检测到自己在总线仲裁中丢失了总线控制权，则通知TWI控制单元执行正确的动作，并产生合适的状态码。
4.地址匹配单元
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。如果TWAR寄存器的TWI广播应答识别使能位TWGCE为“1”，从总线接收到的地址也会与广播地址进行比较。一旦地址匹配成功，控制单元将得到通知以进行正确地响应。TWI可以响应，也可以不响应主机的寻址，这取决于TWCR寄存器的设置。即使MCU处于休眠状态时，地址匹配单元仍可继续工作。一旦主机寻址到这个器件，就可以将MCU从休眠状态唤醒。
5.控制单元
控制单元监听TWI总线，并根据TWI控制寄存器TWCR的设置作出相应的响应。当TWI总线上产生需要应用程序干预处理的事件时，TWI中断标志位TWINT置位。在下一个时钟周期，TWI状态寄存器TWSR被表示这个事件的状态码字所更新。在其他时间里，TWSR的内容为一个表示无事件发生的特殊状态字。一旦TWINT标志位置“1”，时钟线SCL即被拉低，暂停TWI总线上的数据传输，让用户程序处理事件。
在下列状况出现时，TWINT标志位置位：
●在TWI传送完START/REPEATEDSTART信号之后。
●在TWI传送完SLA+R/W数据之后。
●在TWI传送完地址字节之后。
●在TWI总线仲裁失败之后。
●在TWI被主机寻址之后（广播方式或从机地址匹配）。
●在TWI接收到一个数据字节之后。
●作为从机工作时，TWI接收到STOP或REPEATEDSTART信号之后。
●由于非法的START或STOP信号造成总线错误时。
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