I2C原理與上拉下拉電阻的介紹

1、I2C原理和上拉下拉電阻的介紹REPORTER： DATE:2012/11/14目錄1、I2C總線的概念 2、I2C總線的特點 3、總線的基本操作 4、上拉電阻和下拉電阻介紹 5、debug經驗分享I2C總線的概念lI2C 總線支持任何IC 生產過程（CMOS、 雙極性）。l兩線制串行數(shù)據(jù)線（SDA ）和串行時鐘（SCL） 線在連接到總線的器件間傳遞信息l每個器件都有一個唯一的地址識別（無論是微控制器LCD 驅動器存儲器或鍵盤接口），而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。l發(fā)送器和接收器外器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機或從機。主機是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產生允許傳輸?shù)臅r

2、鐘信號的器件，此時任何被尋址的器件都被認為是從機I2C總線的概念l .主機和從機：主機和從機：總線上可以有一個或多個主機，總線運總線上可以有一個或多個主機，總線運行由行由主機主機控制?？刂?。主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號）、主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號）、發(fā)出時鐘信號、傳送結束時發(fā)出終止信號的器件發(fā)出時鐘信號、傳送結束時發(fā)出終止信號的器件。通常，主機由各種單片機或其他微處理器充當。被主機尋訪的器主機由各種單片機或其他微處理器充當。被主機尋訪的器件叫件叫從機從機，它可以是各種單片機或其他微處理器，也可以，它可以是各種單片機或其他微處理器，也可以是其他器件是其他器件。l .發(fā)送器發(fā)送器和

3、和接收器接收器：發(fā)送數(shù)據(jù)的一方稱為發(fā)送器，而接：發(fā)送數(shù)據(jù)的一方稱為發(fā)送器，而接收數(shù)據(jù)的一方稱為接收器。收數(shù)據(jù)的一方稱為接收器。I2C總線的概念l .當總線當總線空閑空閑時，兩根線均為時，兩根線均為高電平高電平。l .在標準在標準I2C普通模式下，數(shù)據(jù)的傳輸率為普通模式下，數(shù)據(jù)的傳輸率為100Kbps，高，高速模式下可達速模式下可達400Kbps。連接的器件越多，電容值越大，。連接的器件越多，電容值越大，總線上允許的器件數(shù)以總線上的電容量不超過總線上允許的器件數(shù)以總線上的電容量不超過400pF為限。為限。 I2C總線的特點l .iic串行總線串行總線：僅有：僅有兩根線兩根線：SDA（數(shù)據(jù)線）（數(shù)

4、據(jù)線）和和SCL(時鐘線）。時鐘線）。這樣占用的空間非常小這樣占用的空間非常小。l .iic總線總線的特點：的特點：半雙工半雙工、同步、同步、多主控、多主控、串行串行。l .iic串行總線串行總線的連接電路：的連接電路：I2C的特點l .SDA（數(shù)據(jù)線）和（數(shù)據(jù)線）和SCL(時鐘線）都時鐘線）都是是集電極開路或漏集電極開路或漏極開路極開路結構結構的，只能輸出的，只能輸出“0”，不能輸出，不能輸出“1”，都必須，都必須接接上拉電阻。上拉電阻。l .SDA和和SCL是是雙向的，（雙向的，（ 為什么？）為什么？）l當需要輸入數(shù)據(jù)時，當需要輸入數(shù)據(jù)時，將一個將一個讀數(shù)據(jù)用的輸入端接在輸出端讀數(shù)據(jù)用的輸

5、入端接在輸出端。I2C總線的特點 .SDA（數(shù)據(jù)線）和（數(shù)據(jù)線）和SCL(時鐘線）都時鐘線）都具有具有“線與線與”功能。功能。I2C總線的特點 .SCL線的時鐘同步線的時鐘同步：SCL由于具有線由于具有線“與與”的邏輯功能，即的邏輯功能，即只要有一個節(jié)點發(fā)送低電平時，總線上就表現(xiàn)為低電平。只要有一個節(jié)點發(fā)送低電平時，總線上就表現(xiàn)為低電平。當所有的節(jié)點都發(fā)送高電平時，總線才能表現(xiàn)為高電平。當所有的節(jié)點都發(fā)送高電平時，總線才能表現(xiàn)為高電平。正是由于線正是由于線“與與”邏輯功能的原理，當多個節(jié)點同時發(fā)送時邏輯功能的原理，當多個節(jié)點同時發(fā)送時鐘信號時，在總線上表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時鐘信號。鐘信號時，在總線上

6、表現(xiàn)的是統(tǒng)一的時鐘信號。 . SDA線的線的仲裁仲裁：SDA線的仲裁也是建立在總線具有線線的仲裁也是建立在總線具有線“與與”邏輯功能的原理上的。節(jié)點在發(fā)送邏輯功能的原理上的。節(jié)點在發(fā)送1位數(shù)據(jù)后，比較總線位數(shù)據(jù)后，比較總線上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。是，繼續(xù)發(fā)送；上所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)與自己發(fā)送的是否一致。是，繼續(xù)發(fā)送；否則，退出競爭。否則，退出競爭。SDA線的仲裁可以保證線的仲裁可以保證I2C總線系統(tǒng)在總線系統(tǒng)在多個主節(jié)點同時企圖控制總線時通信正常進行并且數(shù)據(jù)不多個主節(jié)點同時企圖控制總線時通信正常進行并且數(shù)據(jù)不丟失。總線系統(tǒng)通過仲裁丟失?？偩€系統(tǒng)通過仲裁只允許一個主節(jié)點只允許一個主節(jié)點可以繼

7、續(xù)占據(jù)可以繼續(xù)占據(jù)總線總線。I2C總線的特點I2C總線的特點總線的基本操作l開始開始信號信號 （主機發(fā)送）（主機發(fā)送）l停止停止信號信號（主機發(fā)送）（主機發(fā)送）l確認信號（確認信號（ACKACK）：“誰接收誰產生誰接收誰產生”的原則，即總是由的原則，即總是由接收器產生應答位接收器產生應答位 l非應答信號（非應答信號（NACK)NACK)：如果接收器在接收完：如果接收器在接收完最后一個最后一個字節(jié)字節(jié)的數(shù)據(jù)，或者的數(shù)據(jù)，或者不能再接收更多的數(shù)據(jù)時不能再接收更多的數(shù)據(jù)時，應當產生非應答，應當產生非應答來通知發(fā)送器。發(fā)送器如果發(fā)現(xiàn)接收器產生了非應答狀態(tài)，來通知發(fā)送器。發(fā)送器如果發(fā)現(xiàn)接收器產生了非應答

8、狀態(tài)，則應當終止發(fā)送。則應當終止發(fā)送。總線的基本操作 根據(jù)根據(jù)I2C總線協(xié)議的規(guī)定，總線協(xié)議的規(guī)定，SCL線為線為高電平期間高電平期間，SDA線線由由高電平向低高電平向低電平的變化表示電平的變化表示起始信號起始信號；SCL線為線為高電平高電平期間期間，SDA線由線由低電平向高低電平向高電平的變化表示電平的變化表示終止信號終止信號。起。起始和終止信號如圖所示。始和終止信號如圖所示?？偩€的基本操作 I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定必須保持穩(wěn)定。只有在時鐘線上的信號為低電平。只有在時鐘線上的信號為低電平期間

9、，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電工狀態(tài)才允許變化，如圖期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電工狀態(tài)才允許變化，如圖所示。所示?？偩€的基本操作 利用利用IIC總線進行數(shù)據(jù)傳送時，傳送的總線進行數(shù)據(jù)傳送時，傳送的字節(jié)數(shù)是沒有限制字節(jié)數(shù)是沒有限制的的，但是每一個字節(jié)，但是每一個字節(jié)必須保證是必須保證是8位長度位長度。數(shù)據(jù)傳送時，。數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位先傳送最高位（MSB），每一個被傳送的字節(jié)后面都），每一個被傳送的字節(jié)后面都必須必須跟隨一位應答位跟隨一位應答位（即一幀共有（即一幀共有9位），如圖所示：位），如圖所示：總線的基本操作在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有以下幾種組合方式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過程中，可以有

10、以下幾種組合方式主機在第一個字節(jié)后，立即由從機讀數(shù)據(jù)。主機在第一個字節(jié)后，立即由從機讀數(shù)據(jù)。在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被重復產生一次，但兩次讀址都被重復產生一次，但兩次讀/寫方向位正好反向寫方向位正好反向?？偩€的基本操作 .主控制器產生起始條件后，發(fā)送的主控制器產生起始條件后，發(fā)送的第一個字節(jié)第一個字節(jié)為尋址字節(jié)，即從器為尋址字節(jié)，即從器件的地址，從器件的地址格式如下：件的地址，從器件的地址格式如下： .其中其中DA3DA0位位:是是IIC總線外圍接口器件固有的地址編碼，出場時總線外圍接口器件固有的地址編碼，出場

11、時已給定。已給定。如如IIC接口的接口的EEPROM 芯片芯片AT24CXX為為1010。4位位LED驅動驅動器器SAA1064的器件地址為的器件地址為0111。 .A2A1A0:IIC總線器件的引腳在電路中根據(jù)接電源或地來決定?？偩€器件的引腳在電路中根據(jù)接電源或地來決定。 .R/W是數(shù)據(jù)傳送方向位，為是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時表示主機向從機寫數(shù)據(jù)，為時表示主機向從機寫數(shù)據(jù)，為“1”時表時表示主機由從機讀數(shù)據(jù)。示主機由從機讀數(shù)據(jù)。 .主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機都將這主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址位地址碼與自己的地址進行比較，如果相同，則認為自己正被主機尋址

12、，根據(jù)進行比較，如果相同，則認為自己正被主機尋址，根據(jù)R/W位將自己位將自己確定為發(fā)送器或接收器。確定為發(fā)送器或接收器。 .系統(tǒng)中所接同類型的器件的數(shù)目：由系統(tǒng)中所接同類型的器件的數(shù)目：由A2A1A0決定決定總線的基本操作l總結：總結：l在在I I2 2C C總線上每傳輸一位數(shù)據(jù)都有一個時鐘脈沖相對應。注意這里的時總線上每傳輸一位數(shù)據(jù)都有一個時鐘脈沖相對應。注意這里的時鐘脈沖不鐘脈沖不一定一定是周期性的，它的時鐘間隔可以不同。是周期性的，它的時鐘間隔可以不同。l總線總線空閑空閑時，時，SDASDA和和SCLSCL都必須保持都必須保持高電平高電平狀態(tài)，關閉狀態(tài)，關閉I I2 2C C總線時才使總

13、線時才使SCLSCL箝位在低電平。只有當總線處于箝位在低電平。只有當總線處于“空閑空閑”狀態(tài)時，數(shù)據(jù)傳輸才能被初始狀態(tài)時，數(shù)據(jù)傳輸才能被初始化?；在數(shù)據(jù)傳輸期間，只要在數(shù)據(jù)傳輸期間，只要SCLSCL為高電平為高電平，數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線SDASDA就必須保持穩(wěn)定。就必須保持穩(wěn)定。l只有在時鐘線為低電平時，才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化。只有在時鐘線為低電平時，才允許數(shù)據(jù)線上的電平狀態(tài)變化。l在時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)下降沿為啟動信號、上升沿為停在時鐘線保持高電平期間，數(shù)據(jù)線出現(xiàn)下降沿為啟動信號、上升沿為停止信號，止信號，啟動和停止信號都由主機產生啟動和停止信號都由主機產生。總線的基本操作另外

14、: 如前所述，如前所述，SCLSCL線為低電平時，線為低電平時，SDASDA線上數(shù)據(jù)就被停止線上數(shù)據(jù)就被停止傳送。傳送。SCLSCL線的這一特性十分有用：線的這一特性十分有用： 當接收器接收到一當接收器接收到一個數(shù)據(jù)個數(shù)據(jù)/ /地址字節(jié)后地址字節(jié)后, ,需要進行其他工作而無法立即接收需要進行其他工作而無法立即接收下一個字節(jié)時，接收器便可向下一個字節(jié)時，接收器便可向SCLSCL線輸出低電平而箝住線輸出低電平而箝住SCLSCL（SCL=0SCL=0），迫使），迫使SDASDA線處于等待狀態(tài)，直到接收器準線處于等待狀態(tài)，直到接收器準備好接收新的數(shù)據(jù)備好接收新的數(shù)據(jù)/ /地址字節(jié)時，再釋放時鐘線地址字

15、節(jié)時，再釋放時鐘線SCLSCL（SCLSCL）=1=1），使），使SDASDA線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡岳^續(xù)進行。例如，當被控線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)靡岳^續(xù)進行。例如，當被控接收器接收完主控器發(fā)來的一個數(shù)據(jù)字節(jié)時，若被控器接收器接收完主控器發(fā)來的一個數(shù)據(jù)字節(jié)時，若被控器需要處理接收中斷而無法令其接收器繼續(xù)接收，則被控需要處理接收中斷而無法令其接收器繼續(xù)接收，則被控器便可箝住器便可箝住SCLSCL線為低電平，使主控發(fā)送器處于等待狀態(tài)，線為低電平，使主控發(fā)送器處于等待狀態(tài)，直到被控器處理完接收中斷后，再釋放直到被控器處理完接收中斷后，再釋放SCLSCL線。線。其他注意事項l 1、Touch IC VCC 需比Inte

16、rface 先ready , 否則會產生因IC未上電，touch IC 會拉住interface bus 準位，造成interface bus 癱瘓.l 2、host 端/INT & Reset pin 是否有加外部Pull Up Rl 3、host 端的/INT pin 只能設定為input mode , 不可去控制其訊號l 4、I2C bus 外部Pull Up R 阻值是否恰當，建議使用2.2Kl 5、initial 注意事項l 5-1 host 必須在touch 上電後300ms 後再去check /INT 是否為Low,l避免host initial 速度比touch 快很多

17、，host ready後馬上去check /INTl訊號，touch 可能還沒initial 完成，造成host-touch 通訊fail.l 5-2 建議touch 上電後，host 對touch 做一次reset delay checkl/INT (建議用fall edge trigger ).上拉下拉電阻 概念：上拉就是將不確定的信號通過一個電阻鉗位在高電平！電阻同時起限流作用！下拉同理！ 使用場合: 1 、在cmos芯片上，為了防靜電損壞，不能將管腳懸空，一般接上拉降低輸入阻抗，提供卸荷通路，并使懸空時有確定的狀態(tài)。 2、提高輸出驅動能力，并且抑制干擾，可接上拉。 3、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上、下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波干擾。 4、實現(xiàn)不同類型電路的匹配 上拉電阻的選擇因素：功率、驅動能力、頻率 、抗干擾等上拉下拉電阻上拉電阻和下拉電阻 拉電流和灌電流是衡量電路輸出驅動能力（注意：拉、灌都是對輸出端而言的，所以是驅動能力）的參數(shù)，這種說法一般用在數(shù)字電路中。 由于數(shù)字電路的輸出只有高、低（0，1）兩種電平值，高電平輸出時，一般是輸出端對負載提供電流，其提供電流的數(shù)值叫“拉電流”；低電平輸出時，一般是輸出端要吸收負載的電流，其吸收電流的數(shù)值叫“灌（入）