I2C總線的結(jié)構(gòu)與工作原理

1、I 2C 總線的結(jié)構(gòu)與工作原理2.1 概述2.1.1 I 2C 總線在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的意義 現(xiàn)代消費(fèi)類產(chǎn)品、通訊類產(chǎn)品、儀器儀表、工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，逐漸形成了以一個(gè)或 多個(gè)單片機(jī)組成的智能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)都有相似之處：1. 單片機(jī)電路已日趨簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化。通常是由單片機(jī)（MICROCONTROLL）E、R程序存儲(chǔ)器（ EPRO）M、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ SRAM）構(gòu)成的三片體系，或采用有在片程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成的二片體系，以及單片機(jī)與通用外圍接口器件（PSD）構(gòu)成的最簡(jiǎn)單體系。2. 都有一些外圍通用電路，如 EEPRO、MI/O 口、 A/D、D/A、日歷時(shí)鐘等外圍器件和鍵盤、

2、 LED/LCD顯示器、打印機(jī)接口等 外圍設(shè)備模塊等。3. 面對(duì)系統(tǒng)特殊應(yīng)用的一些電路， 如無(wú)線電、 電視、 音像系統(tǒng)中的數(shù)字協(xié)調(diào)、 編碼、解碼、圖象處理、 頻率合成、 音調(diào)控制、 立體聲處理等。在上述的一些電路中， 除與單片機(jī)直接相關(guān)的程序存儲(chǔ)器、 并行擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外， 單片機(jī)對(duì)許多外圍電路之間主要是實(shí) 現(xiàn)控制功能，而且許多外設(shè)并不要求很高的數(shù)據(jù)傳送速度。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增加硬 件結(jié)構(gòu)的靈活性， Philips 公司推出了一種高效、可靠、方便的串行擴(kuò)展總線I2C 總線。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中推廣 I 2C總線后將會(huì)大大改變單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能、對(duì)單片機(jī)的應(yīng)

3、用開發(fā)帶來(lái)以下好處： 可最大限度地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。二線制的 I 2C串行總線使得各電路單元之間只需最簡(jiǎn)單的連接，而且總線接口都集成在器件中，不 需另加總線接口電路。電路的簡(jiǎn)化省去了電路板上大量走線，減少電路板面積，提高了可靠性，降低了成本。 可實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。在I 2C總線上各單元電路除了個(gè)別中斷引線外，相互之間沒有其他連線，用戶常用的單元電路基本上與系統(tǒng)電路無(wú)關(guān)，故極易形成用戶自己的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn) I 2C總線模塊的組合開發(fā)方式大大地縮短了新品的開發(fā)周期。I2C 總線各節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立的電器特性，各節(jié)點(diǎn)單元電路能在相互不受影響的情況下，甚至在系統(tǒng)供電情況下，接入或撤除。I2

4、C 總線系統(tǒng)構(gòu)成具有最大的靈活性。系統(tǒng)該型設(shè)計(jì)、或?qū)σ鸭庸ず玫碾娐钒逍钄U(kuò)展功能時(shí)，對(duì)原有設(shè)計(jì)及電路板系統(tǒng)影響 最小。I2C 總線系統(tǒng)可方便地對(duì)某一接點(diǎn)電路進(jìn)行故障診斷與跟蹤，有極好的可維護(hù)性目前 Philips 及I 2C總線器件，除帶有 I 2C總線單片機(jī)、常用的通用外圍器件外，在家電產(chǎn)品、電訊、電視、音像產(chǎn)品中已 發(fā)展成套 I 2C總線器件，在這些部門中 I 2C總線系統(tǒng)已得到了廣泛的應(yīng)用。212 I 2C總線的一般應(yīng)用特性I 2C總線系統(tǒng)中，帶有 I 2C總線的單片機(jī)，其 I 2C總線輸入輸出口的電器結(jié)構(gòu)、相關(guān)的特殊功能寄存器（SFR）設(shè)置以及所提供的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，為用戶掌握 I 2C總

5、線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件的編制帶來(lái)極大的方便。I2C 總線的串行數(shù)據(jù)傳送與一般 UART的串行數(shù)據(jù)傳送無(wú)論從借口電器特性、傳送狀態(tài)管理以及程序編制特點(diǎn)都有很大的不 同，了解這些特點(diǎn)十分重要。1 二線傳輸。 I 2C總線上所有的節(jié)點(diǎn)，如主器件（單片機(jī)，微處理器） 、外圍器件、借口模塊等都連到同名端的SDA、SCL上。2 系統(tǒng)中有多個(gè)主器件時(shí)，這些器件都可作總線的主控制器（無(wú)中心主機(jī)），I2C 總線工作時(shí)任何一個(gè)主件都可成為主控制器，多機(jī)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的時(shí)鐘同步與總線仲裁都由硬件與標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊自動(dòng)完成，無(wú)須用戶介入。3I2C 總線傳輸時(shí)，采用狀態(tài)碼的管理方法。對(duì)應(yīng)于總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的任何一種狀態(tài)，在狀態(tài)寄存器

6、中會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的狀態(tài) 碼，并且會(huì)自動(dòng)進(jìn)入響應(yīng)的狀態(tài)處理程序中進(jìn)行自動(dòng)處理， 無(wú)須用戶介入， 用戶只須將 Philips 公司提供的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)處理器 一定的空間即可。4. 系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊采用器件地址及引腳地址的編碼方法。系統(tǒng)中主控制器對(duì)任何節(jié)點(diǎn)的尋址采用純軟件尋址方 法，避免了片選線的先連方法。系統(tǒng)中若有地址編碼沖突可通過(guò)改變地址引腳的電平設(shè)置來(lái)解決。5. 所有帶 I2C 接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能。片內(nèi)有多少單元地址時(shí)， 讀數(shù)據(jù)、寫時(shí)都有地址自動(dòng)加 1 功能。這樣，在 I2C 總線對(duì)某一器件讀寫多個(gè)字節(jié)時(shí)很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，即準(zhǔn)備好讀、寫入口條件后，只須啟動(dòng) I2C 總線就可自動(dòng)完成

7、n 個(gè)字節(jié)的讀、寫操作。6.I 2C總線電器接口為開漏晶體管組成， 開路輸出沒有找到電源的鉗位二級(jí)管， 而連到 I 2C 總線的每個(gè)器件上， 其自身 的電源可以獨(dú)立（但須工地） ，總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。213 I 2C總線系統(tǒng)中的幾個(gè)名詞、術(shù)語(yǔ)I 2C總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分靈活。 系統(tǒng)中除了可以掛接帶有 I 2C總線接口的單片機(jī)、 外圍器件外， 通過(guò) I 2C總線擴(kuò)展器 PCD8584 可以掛接不帶 I 2C總線接口的單片機(jī)、微處理器。通過(guò)外圍器件可以擴(kuò)展許多通用外設(shè)借口模塊。I2C 總線系統(tǒng)構(gòu)成、總線系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳送時(shí)的有關(guān)名詞、術(shù)語(yǔ)規(guī)范如下：一、I2C 總線系統(tǒng)中硬件構(gòu)成的

8、節(jié)點(diǎn)I 2C總線系統(tǒng)中每個(gè)帶有 I 2C總線接口或 I 2C總線擴(kuò)展接口的器件或模塊，接入 I 2C總線中均構(gòu)成一個(gè) I 2C總線節(jié)點(diǎn)， 所有節(jié)點(diǎn)之間除公共電源及地外只通過(guò) SDA/SCK相連。 由于接入器件的不同，總線中的節(jié)點(diǎn)可分為主器件節(jié)點(diǎn)和外圍器件節(jié)點(diǎn)。主器件節(jié)點(diǎn) ：系統(tǒng)中由單片機(jī)或微處理機(jī)構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)能對(duì)I 2C 總線實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制。外圍器件節(jié)點(diǎn) ：系統(tǒng)中由不含 CPU的外圍器件構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)。由于不含CPU，這些節(jié)點(diǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì) I 2C總線的主動(dòng)控制。二、I 2C總線工作時(shí)的主動(dòng)控制器主控器 ： I 2C總線工作時(shí)，任何一個(gè)主器節(jié)點(diǎn)都能對(duì)總線實(shí)現(xiàn)控制，當(dāng)某個(gè)主器件節(jié)點(diǎn)控制了總線時(shí)，

9、稱為主控器。主控器 完成一次傳輸過(guò)程的初始化、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)及傳輸終止信號(hào)。被控器 ：被控器尋址的器件稱為被控器。I2C 總線系統(tǒng)中，主器件可作為主控器也可作為被控器，而外圍器件只能作為被控器。三、據(jù)傳輸中的接受 / 發(fā)送器I2C 總線系統(tǒng)中用發(fā)送器與接收器來(lái)表明數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送方與接收方。發(fā)送器 ：總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的器件。接收器 ：總線上接收數(shù)據(jù)的器件。I2C 總線上的所有節(jié)點(diǎn)都可以成為發(fā)送器或接收器。四、主競(jìng)爭(zhēng)中的仲裁與同步 在 I2C 總線系統(tǒng)中可以有多個(gè)主器件節(jié)點(diǎn)。如果某些主器件節(jié)點(diǎn)在運(yùn)行時(shí)都企圖控制總線，則形成多主競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)， I2C總線 系統(tǒng)可保證多個(gè)主器件節(jié)點(diǎn)企圖控制總線時(shí)不會(huì)丟失信息。

10、 在總線競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中進(jìn)行總線控制權(quán)的仲裁和時(shí)鐘同步， 仲裁結(jié)果 只允許其中一個(gè)主器件繼續(xù)戰(zhàn)局總線。多主競(jìng)爭(zhēng) ：多個(gè)主器件節(jié)點(diǎn)同時(shí)企圖控制總線。在多主主狀態(tài)下總線信息不會(huì)丟失。仲裁 ：在多主競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)時(shí)的裁決過(guò)程。 裁決的結(jié)果只允許其中一個(gè)主器節(jié)點(diǎn)成為主控器繼續(xù)占據(jù)總線。 仲裁過(guò)程中總線上數(shù) 據(jù)不丟失。同步 ；多主競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)下將參與競(jìng)爭(zhēng)的主器件的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步處理。2.2 I 2C 總線的基本原理I 2C總線的時(shí)鐘線 SCL和數(shù)據(jù)線 SDA都是雙向傳輸線?？偩€備用時(shí) SDA和 SCL都必須保持高電平狀態(tài)，只有關(guān)閉 I 2C總線時(shí) 才使 SCL鉗位在低電平。 在標(biāo)準(zhǔn) I2C 模式下數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá) 1

11、00kbit/s ，高速模式下可達(dá) 400kbit/s. 總線的驅(qū)動(dòng)能力受總 線電容限制，不加驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展時(shí)驅(qū)動(dòng)能力為400pF。2 21 I 2C 總線的接口電路 為了能使總線上所有電路的輸出能實(shí)現(xiàn)線“與”的邏輯功能，各個(gè)I2C 總線的接口電路的輸出端必須是漏極開路或集電極開路結(jié)構(gòu)，如圖 2.1 所示。輸出端必須接上拉電阻。圖 2.1I 2C 總線接口電路結(jié)構(gòu)2.2.2I 2C 總線的信號(hào)及時(shí)序定義在 I2C 總線上每傳輸一位數(shù)據(jù)都有一個(gè)時(shí)鐘脈沖相對(duì)應(yīng)，其邏輯“0 ”和“ 1”的信號(hào)電平取決于該節(jié)點(diǎn)的正端電源VDD的電壓。數(shù)據(jù)的有效性I 2C 總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在時(shí)鐘線高電平期間數(shù)據(jù)線上必須保持有

12、穩(wěn)定的邏輯電平狀態(tài)，高電平為數(shù)據(jù)1 ，低電平為數(shù)據(jù) 0。只有在時(shí)鐘線為低電平時(shí)，才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化。如圖 2.2 所示。圖 2.2I 2C 總線上的數(shù)據(jù)位傳送二、總線數(shù)據(jù)傳送的起始與停止I 2C總線數(shù)據(jù)傳送有兩種時(shí)序狀態(tài)分別定義為起始信號(hào)和終止信號(hào)如圖 2.3 所示 .圖 2.3I 2C 總線的起始信號(hào)和終止信號(hào) 起始信號(hào) :在時(shí)鐘線保持高點(diǎn)平期間 ,數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由高點(diǎn)平向低點(diǎn)平變化時(shí)將啟動(dòng)I2C總線,為 I 2C總線的起始信號(hào) .終止信號(hào) :在時(shí)鐘線保持高點(diǎn)平期間 ,數(shù)據(jù)線出現(xiàn)由低點(diǎn)平向高點(diǎn)平變化時(shí)將啟動(dòng)I2C總線,為 I 2C總線的終止信號(hào) .起始信號(hào)與終止信號(hào)都是由主控制器產(chǎn)生

13、. 總線上帶有 I 2C 總線接口的器件很容易檢測(cè)到這些信號(hào) . 但是對(duì)于不具備這些硬 件接口的一些單片機(jī)來(lái)說(shuō) , 為了能準(zhǔn)確地檢測(cè)到這些信號(hào) , 必須保證在總線的一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線至少進(jìn)行兩次采樣.三、總線信號(hào)時(shí)序要求為了保證 I 2C總線數(shù)據(jù)的可靠傳送 , 對(duì)總線上的信號(hào)時(shí)序作了嚴(yán)格的規(guī)定 , 其時(shí)序定義如圖 2.4 所示.圖中對(duì) 主要信號(hào)時(shí)序作了定義 , 并在表 2.1 中給出了具體數(shù)據(jù) . 表中給出的 SCL時(shí)鐘信號(hào)最小高電平和低電平周期決定了 器件的最大數(shù)據(jù)傳輸率 , 標(biāo)準(zhǔn)模式為 100Kbit/s, 高速模式為 400Kbit/s. 標(biāo)準(zhǔn)模式和高速模式的 I 2C 總線器件都必

14、須 能滿足各自的最高數(shù)據(jù)傳送速率要求 . 當(dāng)然, 實(shí)際數(shù)據(jù)傳送時(shí)可以選擇不同的數(shù)據(jù)傳送速率, 同時(shí)也可以采取延長(zhǎng)SCL低電平周期來(lái)控制數(shù)據(jù)傳送速率 .圖 2.4I 2C 總線的時(shí)序定義 表 2.1I 2C 總線信號(hào)定時(shí)要求參數(shù)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)模式高速模式單位最大值最小值最大值最小值SCL時(shí)鐘頻率Fscl01000400kHz在一個(gè)終止信號(hào)和起 始信號(hào)之間必須空閑 的時(shí)間Tbuf4.71.3us起始信號(hào)保持時(shí)間 （在 這段時(shí)間過(guò)后可產(chǎn)生 第一個(gè)時(shí)鐘脈沖）Thd;s ta4.00.6UsSCL時(shí)鐘信號(hào)低電平周期Tlow4.71.3UsSCL始終信號(hào)高電平周期Thigh4.00.6Us一個(gè)重復(fù)信號(hào)的建立時(shí)間

15、Tsu;s ta4.70.6Us數(shù)據(jù)保持時(shí)間： 與 CBUSThd;d5.0Us兼容的主控器 I 2C 總線 器件at01)01)0.9 2)Us數(shù)據(jù)建立時(shí)間Tsu;d at2501003)nsSDA和 SCL信號(hào)的上升 時(shí)間Tr100020+0.1Cb4)300NsSDA和 SCL信號(hào)的下降 時(shí)間Tf30020+0.1Cb4)300Ns終止信號(hào)的建立時(shí)間Tsu;s to4.00.6Us總線上每條線的負(fù)載電容Cb400400pF注 : 所有數(shù)值均以 V1Hmin和 ViLmax 電平為參考1) 為了跨過(guò) SCL信號(hào)下降沿中的未定義區(qū)域 ,所有的器件都必須在內(nèi)部對(duì) SDA信號(hào)提供一個(gè)至少為 30

16、0ns 的保持時(shí)間 .2) 只有在器件沒有延長(zhǎng) SCL 信號(hào)低電平周期 (tlow) 的情況下才必須滿足 thd,dat 最大的限制 .3) 一個(gè)高速模式的 I 2C 總線器件可以用在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模式的 I2C 總線系統(tǒng)中 , 但是關(guān)于 TSU,DAT=250NS的要求也同時(shí) 必須得到滿足 .反之,它必須在釋放 SCL以前(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模式下 I 2C總線規(guī)范 )提前一定時(shí)間 TR+TSU;DAT=1000+250NS先, 在 SDA線上輸出下一比特 .4) CB 表示以 pF 為單位的每條總線的總電容值 .2.2.3 I 2C 總線上的數(shù)據(jù)傳送格式一、I 2C總線上的數(shù)據(jù)傳送I 2C總線上傳送的每一

17、個(gè)字節(jié)均為 8 位,但每啟動(dòng)一次 I 2C總線,其后的數(shù)據(jù)傳輸字節(jié)數(shù)是沒有限制的 .每傳送一個(gè)字節(jié)后都 必須更歲一個(gè)應(yīng)答位 , 并且首先發(fā)送的數(shù)據(jù)位為最高位在全部數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后主控制器發(fā)送終止信號(hào) , 如圖 2.5 所示 .圖 2.5 I 2C 總線上的數(shù)據(jù)傳送二、數(shù)據(jù)傳送時(shí)的總線控制沖圖中可以看到 , 沒有時(shí)鐘信號(hào)時(shí)數(shù)據(jù)傳送將停止進(jìn)行 , 接口的線與特征將使 SCL在低電平時(shí)鉗住總線 . 這種情況可以用于當(dāng)接收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后要進(jìn)行一些其它工作而無(wú)法立即接收下個(gè)數(shù)據(jù)時(shí), 迫使總線進(jìn)入等待狀態(tài) ,直到接收器準(zhǔn)備好接收新數(shù)據(jù)時(shí) ,接收器再釋放時(shí)鐘線使數(shù)據(jù)傳送得以繼續(xù)正常進(jìn)行.例如, 當(dāng)接收器接收

18、完主控制器的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后 , 產(chǎn)生中斷信號(hào)并進(jìn)行中斷處理 , 中斷處理完畢才能接收下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) , 這時(shí) 接收器在中斷處理時(shí)將鉗住 SCL為低電平直到中斷處理完畢才釋放 SCL.三、應(yīng)答信號(hào)I 2C總線數(shù)據(jù)傳送時(shí) ,每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后都必須有應(yīng)答信號(hào) , 與應(yīng)答信號(hào)想對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘由主控器產(chǎn)生 ,這時(shí) 發(fā)送器必須在這一時(shí)鐘位上釋放數(shù)據(jù)線 ,使其處于高電平狀態(tài) ,以便接收器在這一位上送出應(yīng)答信號(hào) ,如圖 2.6 所示. 應(yīng)答信號(hào)在第 9 個(gè)時(shí)鐘位上出現(xiàn) , 接收器輸出低電平為應(yīng)答信號(hào) (A), 輸出高電平則為非應(yīng)答信號(hào) (/A). 由于某中原因 ,被控器不產(chǎn)生應(yīng)答時(shí) , 如被控器正在進(jìn)行其它處

19、理而無(wú)法接收總線上 的數(shù)據(jù)時(shí) ,必須釋放總線 ,將數(shù)據(jù)線只高電平 , 然后主控制器可通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào) 來(lái)終止總線數(shù)據(jù)傳輸 .當(dāng)主控器接收數(shù)據(jù)時(shí) , 接收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后 , 必須給被空發(fā)送器發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答位 (A), 使被空發(fā)送器釋放 數(shù)據(jù)總線 , 以便主控制發(fā)送停止信號(hào) , 從而終止數(shù)據(jù)傳送 .四、數(shù)據(jù)傳送格式I2C 總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)必須遵循規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，如圖為一次完整的數(shù)據(jù)傳輸格式。圖 2.6I 2C 總線上的應(yīng)答信號(hào)圖 2.7I 2C 總線的一次完整的數(shù)據(jù)傳送按照總線規(guī)定， 起始信號(hào)表明一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始，其后為尋址字節(jié)，尋址字節(jié)由高 7 位地址和最低 1 位方向位組成， 方向

20、位表明主控器和被控器數(shù)據(jù)傳送方向， 方向位為 ”0”時(shí)表明主控器對(duì)被控器的寫操作， 為”1”時(shí)表明主控器對(duì)被控器的讀操作 . 在尋址字節(jié)后是按照指定讀、寫操作的數(shù)據(jù)字節(jié)與應(yīng)答位。在數(shù)據(jù)傳送完成后主控器都必須發(fā)送停止信號(hào)?？偩€上的數(shù)據(jù)傳輸有許多讀、寫組合方式。下面已簡(jiǎn)化的圖解方式介紹三類數(shù)據(jù)傳送格式。1. 主控器的寫操作。主控器向被尋址的被控器發(fā)送 n 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，整個(gè)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)傳送方向不變。其數(shù)據(jù)傳送格式如 下：S SLAW A Data1 A Data2 A Datan-1 A Datan A/A P其中：主控器發(fā)送，被控器接收：主控器接收，被控器發(fā)送A：應(yīng)答信號(hào)A：非應(yīng)答信號(hào)S：起始信

21、號(hào)P：停止信號(hào)SLAW：尋址字節(jié)（寫）Data1 datan: 寫入被控器的 n 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)2. 主控器的讀操作。 主控器從被控器中讀出 n 個(gè)字節(jié)的操作， 整個(gè)傳輸過(guò)程中除尋址字節(jié)外， 都是被控器發(fā)送， 主控器接收 的過(guò)程。數(shù)據(jù)傳送的格式如下：SSLAWAData1AData2ADatan-1ADatanAP其中 SLAR：尋址字節(jié)（讀）Data1 datan: 被主控器讀出的 n 個(gè)字節(jié) 主控器發(fā)送停止信號(hào)前應(yīng)發(fā)送非應(yīng)答位，向被控器表明讀操作結(jié)束。3. 主控器的讀寫操作。 在一次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中需要改變傳送方向的操作， 讀寫方向正好相反 . 數(shù)據(jù)傳送格式如下：這時(shí)，起始信號(hào)和尋址字節(jié)都會(huì)重復(fù)

22、一次，但兩次S SLAW/R A Data1 A Data2 ADatan A/A Sr SLAR/W ADATA1ADATA2A DATANA/AP其中 Sr: 重復(fù)起始信號(hào)； 圖中未表注數(shù)據(jù)字節(jié)的傳輸方向，其方向決定于尋址字節(jié)的方向位。反之, 如果某器件需要廣播地址中的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)字節(jié) . 被控器有能力處理這些數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行時(shí)進(jìn)行應(yīng)答, 否則忽略該字節(jié)并且不作應(yīng)答從上述數(shù)據(jù)傳送格式可以看出： 無(wú)論何種方式起始、停止，尋址字節(jié)都由主控器發(fā)送，數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送方向則遵循尋址字節(jié)中方向位的規(guī)定， 尋址字節(jié)只表明器件地址及傳送方向， 器件內(nèi)部的 n個(gè)數(shù)據(jù)地址由器件設(shè)計(jì)者在該器件的 I2C 總線數(shù)據(jù)操作格

23、式中指定第一 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)作為器件內(nèi)的單元地址數(shù)據(jù)。并且設(shè)置地址自動(dòng)加減功能。每個(gè)字節(jié)傳送都必須有應(yīng)答信號(hào)相隨。I2C 總線被控器在接收到起始信號(hào)后都必須復(fù)位它們的總線邏輯，以便對(duì)將要開始的被控器地址的傳送進(jìn)行預(yù)處理。2.2.4 I 2C 總線的尋址約定為了消除 I 2C總線系統(tǒng)中主控器與被控器的地址選擇線 , 最大限度地簡(jiǎn)化總線連接線 ,I 2C總線采用了獨(dú)特的尋址約定 , 規(guī)定了 起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)為尋址字節(jié) , 用來(lái)尋址被控器件 , 并規(guī)定數(shù)據(jù)傳送方向。一、尋址字節(jié)的位定義在I 2C總線系統(tǒng)中 ,尋址字節(jié)由被控器的七位地址位 （它占據(jù)了 D7D1位）和一位方向位 （為 D0位）組成.方

24、向位為 0時(shí) 表示主控器將數(shù)據(jù)寫入被控器 , 為 1 時(shí)表示主控器從被控器讀取數(shù)據(jù) .主控器發(fā)送起始信號(hào)后 ,立即發(fā)送尋址字節(jié) ,這時(shí),總線上的所有器件都將尋址字節(jié)中的 7 位地址與自己器件地址想比較 . 如果兩者相同 ,則該器件認(rèn)為被主控器尋址 ,并根據(jù)讀 ,寫為確定是被控發(fā)送器或被控接收器 .I 2C總線系統(tǒng)中 ,主器件 （單片機(jī)）作為被控器時(shí) ,其 7為從地址在 I 2C總線地址寄存器中給定 ,為純軟件地址 .而非單片機(jī)類 型的外圍 器件地址完全由器件類型與引腳電平給定 ,即器件的 7位地址由器件編號(hào)地址 （高4位 D7D4）和引腳地址 （低 3位D3D1）組成, 如 8 位 I/O擴(kuò)展

25、器件 PCF8574其器件編號(hào)地址為 0111, 引腳地址為 A2,A1,A0. 如果在 I 2C總線系統(tǒng)中 PCF8574地址引腳 A2,A1,A0 皆接地 , 則該器件的尋址字節(jié)為 SLAW=70H,SLAR=71H.2IC 總線上同一地址器件最大允許接入數(shù)量取決于可利用的地址引腳數(shù).二、尋址字節(jié)中的特殊地址I 2C總線地址統(tǒng)一由 I2C總線委員會(huì)實(shí)行分配 .其中兩組編號(hào)地址 0000和1111已被保留作特殊用途 ,如表2.2 所示.I 2C 總線規(guī)約所給出的這些能與其它規(guī)約混合使用 , 只有那些能夠一這種格式和規(guī)約工作的 I 2C總線兼容器才允許對(duì)這些保留地址進(jìn)行應(yīng)答.表 2.2I 2C

26、 總線中的特殊字節(jié)被控器地址讀/寫用途0000 0000通用調(diào)用地址0000 0001起始字節(jié)0000 001XCBUS地址0000 010X為不同總線格式而保留的地址0000 011X待定0000 1XXX1111 1XXX1111 0XXX10 位被控器尋址1. 廣播地址廣播地址用于訪問 I 2C 總線上所有器件 . 但是, 如果某個(gè)器件不需要主控器發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)時(shí), 則可以不對(duì)廣播地址應(yīng)答, 并且忽略該地址, 則必須對(duì)核地址進(jìn)行應(yīng)答 , 并成為一個(gè)被控接收廣播尋址的第二個(gè)字節(jié)以及隨后的廣播尋址的內(nèi)容是由第二個(gè)字節(jié)來(lái)設(shè)定的 , 其格式如下00000000AXXXXXXXBA1）B 為 0

27、時(shí)的情況B 為 0 時(shí)第二字節(jié)有如下定義00000110(06H): 被控制器地址的可編程部分由硬件進(jìn)行復(fù)位和寫入. 在收到這兩個(gè)字節(jié)的序列后 , 所有能響應(yīng)通用地址的器件都將復(fù)位 , 并 裝入其地址中的可編程部分 .00000100(04H): 被控制器地址的可編程部分由硬件進(jìn)行寫入 , 在收到這兩個(gè)字節(jié)的序列后 , 所有能響應(yīng)廣播尋址并通過(guò)硬 件來(lái)定義 它們各自可編程部分的器件將鎖定它們地址中的可編程部分, 但不進(jìn)行復(fù)位 .00000000(00H): 該編碼不允許用在第二字節(jié) . 有關(guān)各種器件在廣播尋址中的編程過(guò)程可參閱相應(yīng)的資料.第二字節(jié)的其余情況格式還未確定，各器件應(yīng)忽略這些數(shù)據(jù)。2

28、)B為 1 時(shí)的情況當(dāng) B為 1 時(shí), 廣播地址中的二個(gè)字節(jié)為硬件廣播呼叫 ,它表示數(shù)據(jù)是一個(gè)硬件主空乏送、 主控發(fā)出的 , 例如一個(gè)鍵盤控制器 等, 這些器件無(wú)法通過(guò)對(duì)它編程來(lái)發(fā)送一個(gè)所希望的被控器地址。由于硬件主控器無(wú)法事先知道送出的信息將傳向哪個(gè)被控 器,所以它只能通過(guò)發(fā)送這種硬件廣播呼叫和自身的地址,以使系統(tǒng)識(shí)別它 . 硬件主控發(fā)送器的數(shù)據(jù)傳送格式如下：S 0000 A 主控器地址 1 A data A data A P 通用調(diào)用地址 第二字節(jié) n 字節(jié) +應(yīng)答第二個(gè)字節(jié)中的七位數(shù)據(jù)是硬件主控器的地址,這個(gè)地址可被總線上的一個(gè)主控器件所識(shí)別, 并由它來(lái)處理硬件主控器發(fā)送的數(shù)據(jù) . 如果

29、硬件 主控器也能作為被控器工作 , 則硬件主控器地址就是它的被控器地址 .在一些系統(tǒng)中 ,廣播尋址還可以有另外一種方式 ,即復(fù)位后 , 硬件主控發(fā)送器可以首先進(jìn)入被控接收器工作方式,由系統(tǒng)配置一個(gè)主控制器來(lái)通知數(shù)據(jù)傳送對(duì)象的地址 , 在完成這個(gè)編程過(guò)程后 ,硬件主控器工作方式 , 其數(shù)據(jù)操作格式如下 : 系統(tǒng)主控器將轉(zhuǎn)移地址發(fā)送給硬件主控器S硬件主控器被接收器地址WA硬件主控器轉(zhuǎn)移地址XAP硬件主控器將數(shù)據(jù)發(fā)送給所選擇的被控接收器 .S硬件主控器被接收器地址WA data A dataA/AP n 字節(jié) + 應(yīng)答2. 起始字節(jié)起始字節(jié)是提供給無(wú) I 2C總線接口的單片機(jī)查詢 I 2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié) .通常單片機(jī)可以通過(guò)兩種方法接入 I 2C總