I2C時(shí)序分析和基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)課件

I2C時(shí)序分析和基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介一、什么是I2C三、I2C基礎(chǔ)知識(shí)二、I2C時(shí)序分析四、I2C注意事項(xiàng)I2C時(shí)序分析和基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介一、什么是I2C三、I2C基礎(chǔ)知1I2C（Inter－IntegratedCircuit）總線是由PHILIPS公司（現(xiàn)在的NXP半導(dǎo)體）開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。一、什么是I2C

I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。I2C（Inter－IntegratedCircu2I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均31、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。二、I2C時(shí)序分析1、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定二、I2C時(shí)序分析42、起始和終止信號(hào)

SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。

SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來(lái)表示起始和停止條件。2、起始和終止信號(hào)SCL線為高電平期間，SDA線由高5I2C

總線是雙向傳輸?shù)目偩€，因此主機(jī)和從機(jī)都可能成為發(fā)送器和接收器。如果主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則主機(jī)是發(fā)送器，而從機(jī)是接收器；如果主機(jī)從從機(jī)讀取數(shù)據(jù)，則主機(jī)是接收器，而從機(jī)是發(fā)送器。不論主機(jī)是發(fā)送器還是接收器，時(shí)鐘信號(hào)

SCL

都要由主機(jī)來(lái)產(chǎn)生。

每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別，而且都可以作為一個(gè)發(fā)送器和接收器（由器件的功能決定）。很明顯，LCD驅(qū)動(dòng)器只能是接收器，而存儲(chǔ)器既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。I2C

總線是雙向傳輸?shù)目偩€，因此主機(jī)和從機(jī)都可6

連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測(cè)到起始和終止信號(hào)。對(duì)于不具備I2C總線硬件接口的有些單片機(jī)來(lái)說(shuō)，為了檢測(cè)起始和終止信號(hào)，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線SDA采樣兩次。

接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能需要完成一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，可能無(wú)法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進(jìn)行。

連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口73、數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答

每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。

3、數(shù)據(jù)傳送格式每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳8

由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)9但如果從機(jī)要完成一些其他功能后才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，那么可以使時(shí)鐘信號(hào)保持低電平迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。這也是唯一一個(gè)從機(jī)改變主機(jī)時(shí)鐘的情況。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接受下一個(gè)字節(jié)時(shí)，釋放時(shí)鐘線SCL，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。但如果從機(jī)要完成一些其他功能后才能接收或發(fā)送下一10（2）數(shù)據(jù)幀格式I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可以有以下幾種組合方式：在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/），用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。

（2）數(shù)據(jù)幀格式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可以有以11a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：注12b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)134、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。（1）尋址字節(jié)的位定義

D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。4、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位14主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址15（2）尋址字節(jié)中的特殊地址固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途。

（2）尋址字節(jié)中的特殊地址16起始信號(hào)后的第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，稱為通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說(shuō)明。格式為：

第二字節(jié)為06H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址的從機(jī)器件復(fù)位，并由硬件裝入從機(jī)地址的可編程部分。能響應(yīng)命令的從機(jī)器件復(fù)位時(shí)不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。第二字節(jié)為04H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址并通過(guò)硬件來(lái)定義其可編程地址的從機(jī)器件將鎖定地址中的可編程位，但不進(jìn)行復(fù)位。起始信號(hào)后的第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，17如果第二字節(jié)的方向位B為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱為硬件通用呼叫命令。

在這第二字節(jié)的高7位說(shuō)明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機(jī)或其他微處理器能識(shí)別這個(gè)地址，并與之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機(jī)使用時(shí)，也用這個(gè)地址作為從機(jī)地址。格式為：

在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復(fù)位時(shí)硬件主機(jī)器件工作在從機(jī)接收器方式，這時(shí)由系統(tǒng)中的主機(jī)先告訴硬件主機(jī)器件數(shù)據(jù)應(yīng)送往的從機(jī)器件地址，當(dāng)硬件主機(jī)器件要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就可以直接向指定從機(jī)器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。如果第二字節(jié)的方向位B為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱18（3）起始字節(jié)不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通過(guò)軟件不斷地檢測(cè)總線，以便及時(shí)地響應(yīng)總線的請(qǐng)求。單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長(zhǎng)的起始過(guò)程加以引導(dǎo)。

起始字節(jié)是提供給沒(méi)有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。（3）起始字節(jié)不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通19

引導(dǎo)過(guò)程由起始信號(hào)、起始字節(jié)、應(yīng)答位、重復(fù)起始信號(hào)（Sr）組成。請(qǐng)求訪問(wèn)總線的主機(jī)發(fā)出起始信號(hào)后，發(fā)送起始字節(jié)（00000001），另一個(gè)單片機(jī)可以用一個(gè)比較低的速率采樣SDA線，直到檢測(cè)到起始字節(jié)中的7個(gè)“0”中的一個(gè)為止。在檢測(cè)到SDA線上的高電平后，單片機(jī)就可以用較高的采樣速率，以便尋找作為同步信號(hào)使用的第二個(gè)起始信號(hào)Sr。在起始信號(hào)后的應(yīng)答時(shí)鐘脈沖僅僅是為了和總線所使用的格式一致，并不要求器件在這個(gè)脈沖期間作應(yīng)答。

引導(dǎo)過(guò)程由起始信號(hào)、起始字節(jié)、應(yīng)答位、重復(fù)起始信20（4）10位尋址10位尋址向下兼容7位尋址，而且可以結(jié)合使用。10位尋址不會(huì)影響已有的7位尋址。有7位和10位地址的器件可以連接到相同的I2C總線，它們都能用于F/S模式和Hs模式系統(tǒng)。10位從機(jī)地址是由在起始條件（S）或重復(fù)起始條件（Sr）后的頭兩個(gè)字節(jié)組成。第一個(gè)字節(jié)的頭7位是11110XX的組合，其中最后兩位（XX）是10位地址的兩個(gè)最高位（MSB）；第一個(gè)字節(jié)的第8位是R/W位，決定了報(bào)文的方向。第一個(gè)字節(jié)的最低位是‘0’表示主機(jī)將寫信息到選中的從機(jī)。‘1’表示主機(jī)將向從機(jī)讀信息。如果R/W位是0，則第二個(gè)字節(jié)是10位從機(jī)地址剩下的8位。如果R/W位是1，則下一個(gè)字節(jié)是從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的數(shù)據(jù)。（4）10位尋址10位尋址向下兼容7位尋址，21主機(jī)-發(fā)送器用10位地址尋址從機(jī)-接收器主機(jī)-接收器用10位地址尋址從機(jī)-發(fā)送器主機(jī)-發(fā)送器用10位地址尋址從機(jī)-接收器主機(jī)-接收器用1022組合格式。主機(jī)用10位地址尋址從機(jī)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到這個(gè)從機(jī)并向這個(gè)從機(jī)讀數(shù)據(jù)組合格式。主機(jī)用10位地址尋址從機(jī)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到這個(gè)從機(jī)231、I2C總線數(shù)據(jù)傳送速率

I2C

總線的通信速率受主機(jī)控制，能快能慢。但是最高速率是有限制的，I2C

總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式（Standard-mode）下為

100kbps（每秒

100k

位）

，在快速模式下為400kbps。按照后來(lái)修訂的版本，位速率最高可達(dá)

3.4Mbps。2、子地址

帶有

I2C

總線的器件除了有從機(jī)地址（Slave

Address）外，還可能有子地址。從機(jī)地址是指該器件在

I2C

總線上被主機(jī)尋址的地址，

而子地址是指該器件內(nèi)部不同部件或存儲(chǔ)單元的編址。例如，帶

I2C

總線接口的

E2PROM

就是擁有子地址器件的典型代表。

某些器件（只占少數(shù)）內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可能沒(méi)有子地址，只有必須的從機(jī)地址。

與從機(jī)地址一樣，子地址實(shí)際上也是像普通數(shù)據(jù)那樣進(jìn)行傳輸?shù)?，傳輸格式仍然是與數(shù)據(jù)相統(tǒng)一的，區(qū)分傳輸?shù)牡降资堑刂愤€是數(shù)據(jù)要靠收發(fā)雙方具體的邏輯約定。子地址的長(zhǎng)度必須由整數(shù)個(gè)字節(jié)組成，可能是單字節(jié)（8

位子地址）

，也可能是雙字節(jié)（16

位子地址）

，還可能是

3

字節(jié)以上，這要看具體器件的規(guī)定。三、I2C基礎(chǔ)知識(shí)1、I2C總線數(shù)據(jù)傳送速率

2、子地址

三、I2C基礎(chǔ)知識(shí)243、仲裁是一個(gè)在有多個(gè)主機(jī)同時(shí)嘗試控制總線但只允許其中一個(gè)控制總線并使報(bào)文不被破壞的過(guò)程。所有主機(jī)在SCL線上產(chǎn)生它們自己的時(shí)鐘來(lái)傳輸I2C總線上的報(bào)文。數(shù)據(jù)只在時(shí)鐘的高電平周期有效。因此，需要一個(gè)確定的時(shí)鐘進(jìn)行逐位仲裁。時(shí)鐘同步通過(guò)線與連接I2C接口到SCL線來(lái)執(zhí)行。這就是說(shuō)：SCL線的高到低切換會(huì)使器件開(kāi)始數(shù)它們的低電平周期，而且一旦器件的時(shí)鐘變低電平，它會(huì)使SCL線保持這種狀態(tài)直到到達(dá)時(shí)鐘的高電平。但是，如果另一個(gè)時(shí)鐘仍處于低電平周期，這個(gè)時(shí)鐘的低到高切換不會(huì)改變SCL線的狀態(tài)。因此，SCL線被有最長(zhǎng)低電平周期的器件保持低電平。此時(shí)，低電平周期短的器件會(huì)進(jìn)入高電平的等待狀態(tài)。當(dāng)所有有關(guān)的器件數(shù)完了它們的低電平周期后，時(shí)鐘線被釋放并變成高電平，之后器件時(shí)鐘和SCL線的狀態(tài)沒(méi)有差別，而且所有器件會(huì)開(kāi)始數(shù)它們的高電平周期。首先完成高電平周期的器件會(huì)再次將SCL線拉低，這樣產(chǎn)生的同步SCL時(shí)鐘的低電平周期由低電平時(shí)鐘周期最長(zhǎng)的器件決定，而高電平周期由高電平時(shí)鐘周期最短的器件決定。3、仲裁所有主機(jī)在SCL線上產(chǎn)生它們自己的時(shí)鐘25這發(fā)生在仲裁之前，這部分稱為同步。這發(fā)生在仲裁之前，這部分稱為同步。26主機(jī)只能在總線空閑的時(shí)侯啟動(dòng)傳輸。兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)可能在起始條件的最小持續(xù)時(shí)間（tHD;STA）內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)起始條件，結(jié)果在總線上產(chǎn)生一個(gè)規(guī)定的起始條件。當(dāng)SCL線是高電平時(shí)，仲裁在SDA線發(fā)生；這樣，在其他主機(jī)發(fā)送低電平時(shí)，發(fā)送高電平的主機(jī)將斷開(kāi)它的數(shù)據(jù)輸出級(jí)，因?yàn)榭偩€上的電平與它自己的電平不相同。仲裁主機(jī)只能在總線空閑的時(shí)侯啟動(dòng)傳輸。兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)可能27下圖顯示了兩個(gè)主機(jī)的仲裁過(guò)程，當(dāng)然可能包含更多的內(nèi)容（由連接到總線的主機(jī)數(shù)量決定）。此時(shí)，產(chǎn)生DATA1的主機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)電平與SDA線的實(shí)際電平有一些差別，如果關(guān)斷數(shù)據(jù)輸出，這就意味著總線連接了一個(gè)高輸出電平。這不會(huì)影響由贏得仲裁的主機(jī)初始化的數(shù)據(jù)傳輸。由于I2C總線的控制只由地址或主機(jī)碼以及競(jìng)爭(zhēng)主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)決定，沒(méi)有中央主機(jī)，總線也沒(méi)有任何定制的優(yōu)先權(quán)。下圖顯示了兩個(gè)主機(jī)的仲裁過(guò)程，當(dāng)然可能包含更多28四、I2C注意事項(xiàng)1、關(guān)于400pF負(fù)載電容

（1）波形畸變：電容越大，其濾波效果越明顯。當(dāng)這個(gè)電容過(guò)大時(shí)，很明顯部分通訊信號(hào)會(huì)被濾除，引起波形畸變，I2C將可能會(huì)產(chǎn)生誤碼，從而無(wú)法正常通信。（2）總線驅(qū)動(dòng)能力：負(fù)載電容決定了總線在某一速率下的穩(wěn)定性。當(dāng)輸出為高時(shí)，電流通過(guò)上拉電阻對(duì)負(fù)載電容充電。上拉越大，電容越大，所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，如果超過(guò)了通信周期的10%，那么這個(gè)上升沿就太緩了，相應(yīng)的建立時(shí)間會(huì)受到影響。I2C規(guī)范的最大負(fù)載電容是400pF，快速模式下是100pF,高速模式下是20pF（自己估的）、四、I2C注意事項(xiàng)1、關(guān)于400pF負(fù)載電容（1）波292、I2C的負(fù)載能力（1）負(fù)載電容。I2C的負(fù)載并不是純電阻負(fù)載，在負(fù)載的輸入端一般都會(huì)有一個(gè)等效輸入電容，一般情況下都是PF級(jí)的，而這些負(fù)載都是并聯(lián)的，所以負(fù)載越多，電容越大。（2）負(fù)載電感，它的作用跟電容差不多，這個(gè)電感主要是走線和引腳帶來(lái)的等效電感。（3）純負(fù)載。I2C的負(fù)載也可以等效為一個(gè)純電阻，負(fù)載越多，這個(gè)電阻就越小，對(duì)I2C的輸出能力要求就越高，超過(guò)I2C總線的帶載能力時(shí)，它也不能正常工作。2、I2C的負(fù)載能力（1）負(fù)載電容。I2C的負(fù)載并不是純電阻30謝謝觀看謝謝觀看31I2C時(shí)序分析和基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介一、什么是I2C三、I2C基礎(chǔ)知識(shí)二、I2C時(shí)序分析四、I2C注意事項(xiàng)I2C時(shí)序分析和基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介一、什么是I2C三、I2C基礎(chǔ)知32I2C（Inter－IntegratedCircuit）總線是由PHILIPS公司（現(xiàn)在的NXP半導(dǎo)體）開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。一、什么是I2C

I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。I2C（Inter－IntegratedCircu33I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。I2C總線通過(guò)上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均341、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。二、I2C時(shí)序分析1、數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定二、I2C時(shí)序分析352、起始和終止信號(hào)

SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。

SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來(lái)表示起始和停止條件。2、起始和終止信號(hào)SCL線為高電平期間，SDA線由高36I2C

總線是雙向傳輸?shù)目偩€，因此主機(jī)和從機(jī)都可能成為發(fā)送器和接收器。如果主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，則主機(jī)是發(fā)送器，而從機(jī)是接收器；如果主機(jī)從從機(jī)讀取數(shù)據(jù)，則主機(jī)是接收器，而從機(jī)是發(fā)送器。不論主機(jī)是發(fā)送器還是接收器，時(shí)鐘信號(hào)

SCL

都要由主機(jī)來(lái)產(chǎn)生。

每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別，而且都可以作為一個(gè)發(fā)送器和接收器（由器件的功能決定）。很明顯，LCD驅(qū)動(dòng)器只能是接收器，而存儲(chǔ)器既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。I2C

總線是雙向傳輸?shù)目偩€，因此主機(jī)和從機(jī)都可37

連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測(cè)到起始和終止信號(hào)。對(duì)于不具備I2C總線硬件接口的有些單片機(jī)來(lái)說(shuō)，為了檢測(cè)起始和終止信號(hào)，必須保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線SDA采樣兩次。

接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能需要完成一些其它工作，如處理內(nèi)部中斷服務(wù)等，可能無(wú)法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進(jìn)行。

連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口383、數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答

每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。

3、數(shù)據(jù)傳送格式每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳39

由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)40但如果從機(jī)要完成一些其他功能后才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，那么可以使時(shí)鐘信號(hào)保持低電平迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。這也是唯一一個(gè)從機(jī)改變主機(jī)時(shí)鐘的情況。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接受下一個(gè)字節(jié)時(shí)，釋放時(shí)鐘線SCL，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。但如果從機(jī)要完成一些其他功能后才能接收或發(fā)送下一41（2）數(shù)據(jù)幀格式I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是廣義的，既包括地址信號(hào)，又包括真正的數(shù)據(jù)信號(hào)。在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可以有以下幾種組合方式：在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/），用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（T），“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。每次數(shù)據(jù)傳送總是由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束。但是，若主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不產(chǎn)生終止信號(hào)，馬上再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址。

（2）數(shù)據(jù)幀格式在總線的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，可以有以42a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：注：有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分則表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。a、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送方向在整個(gè)傳送過(guò)程中不變：注43b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)需要改變傳送方向時(shí)，起始信號(hào)和從機(jī)地址都被重復(fù)產(chǎn)生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。b、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)c、在傳送過(guò)程中，當(dāng)444、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位的尋址字節(jié)（尋址字節(jié)是起始信號(hào)后的第一個(gè)字節(jié)）。（1）尋址字節(jié)的位定義

D7～D1位組成從機(jī)的地址。D0位是數(shù)據(jù)傳送方向位，為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)，為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。4、總線的尋址I2C總線協(xié)議有明確的規(guī)定：采用7位45主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/位將自己確定為發(fā)送器或接收器。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)目。如一個(gè)從機(jī)的7位尋址位有4位是固定位，3位是可編程位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)同樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中。主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址46（2）尋址字節(jié)中的特殊地址固定地址編號(hào)0000和1111已被保留作為特殊用途。

（2）尋址字節(jié)中的特殊地址47起始信號(hào)后的第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，稱為通用呼叫地址。通用呼叫地址的用意在第二字節(jié)中加以說(shuō)明。格式為：

第二字節(jié)為06H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址的從機(jī)器件復(fù)位，并由硬件裝入從機(jī)地址的可編程部分。能響應(yīng)命令的從機(jī)器件復(fù)位時(shí)不拉低SDA和SCL線，以免堵塞總線。第二字節(jié)為04H時(shí)，所有能響應(yīng)通用呼叫地址并通過(guò)硬件來(lái)定義其可編程地址的從機(jī)器件將鎖定地址中的可編程位，但不進(jìn)行復(fù)位。起始信號(hào)后的第一字節(jié)的8位為“00000000”時(shí)，48如果第二字節(jié)的方向位B為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱為硬件通用呼叫命令。

在這第二字節(jié)的高7位說(shuō)明自己的地址。接在總線上的智能器件，如單片機(jī)或其他微處理器能識(shí)別這個(gè)地址，并與之傳送數(shù)據(jù)。硬件主器件作為從機(jī)使用時(shí)，也用這個(gè)地址作為從機(jī)地址。格式為：

在系統(tǒng)中另一種選擇可能是系統(tǒng)復(fù)位時(shí)硬件主機(jī)器件工作在從機(jī)接收器方式，這時(shí)由系統(tǒng)中的主機(jī)先告訴硬件主機(jī)器件數(shù)據(jù)應(yīng)送往的從機(jī)器件地址，當(dāng)硬件主機(jī)器件要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就可以直接向指定從機(jī)器件發(fā)送數(shù)據(jù)了。如果第二字節(jié)的方向位B為“1”，則這兩個(gè)字節(jié)命令稱49（3）起始字節(jié)不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通過(guò)軟件不斷地檢測(cè)總線，以便及時(shí)地響應(yīng)總線的請(qǐng)求。單片機(jī)的速度與硬件接口器件的速度就出現(xiàn)了較大的差別，為此，I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送要由一個(gè)較長(zhǎng)的起始過(guò)程加以引導(dǎo)。

起始字節(jié)是提供給沒(méi)有I2C總線接口的單片機(jī)查詢I2C總線時(shí)使用的特殊字節(jié)。（3）起始字節(jié)不具備I2C總線接口的單片機(jī)，則必須通50

引導(dǎo)過(guò)程由起始信號(hào)、起始字節(jié)、應(yīng)答位、重復(fù)起始信號(hào)（Sr）組成。請(qǐng)求訪問(wèn)總線的主機(jī)發(fā)出起始信號(hào)后，發(fā)送起始字節(jié)（00000001），另一個(gè)單片機(jī)可以用一個(gè)比較低的速率采樣SDA線，直到檢測(cè)到起始字節(jié)中的7個(gè)“0”中的一個(gè)為止。在檢測(cè)到SDA線上的高電平后，單片機(jī)就可以用較高的采樣速率，以便尋找作為同步信號(hào)使用的第二個(gè)起始信號(hào)Sr。在起始信號(hào)后的應(yīng)答時(shí)鐘脈沖僅僅是為了和總線所使用的格式一致，并不要求器件在這個(gè)脈沖期間作應(yīng)答。

引導(dǎo)過(guò)程由起始信號(hào)、起始字節(jié)、應(yīng)答位、重復(fù)起始信51（4）10位尋址10位尋址向下兼容7位尋址，而且可以結(jié)合使用。10位尋址不會(huì)影響已有的7位尋址。有7位和10位地址的器件可以連接到相同的I2C總線，它們都能用于F/S模式和Hs模式系統(tǒng)。10位從機(jī)地址是由在起始條件（S）或重復(fù)起始條件（Sr）后的頭兩個(gè)字節(jié)組成。第一個(gè)字節(jié)的頭7位是11110XX的組合，其中最后兩位（XX）是10位地址的兩個(gè)最高位（MSB）；第一個(gè)字節(jié)的第8位是R/W位，決定了報(bào)文的方向。第一個(gè)字節(jié)的最低位是‘0’表示主機(jī)將寫信息到選中的從機(jī)?！?’表示主機(jī)將向從機(jī)讀信息。如果R/W位是0，則第二個(gè)字節(jié)是10位從機(jī)地址剩下的8位。如果R/W位是1，則下一個(gè)字節(jié)是從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的數(shù)據(jù)。（4）10位尋址10位尋址向下兼容7位尋址，52主機(jī)-發(fā)送器用10位地址尋址從機(jī)-接收器主機(jī)-接收器用10位地址尋址從機(jī)-發(fā)送器主機(jī)-發(fā)送器用10位地址尋址從機(jī)-接收器主機(jī)-接收器用1053組合格式。主機(jī)用10位地址尋址從機(jī)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到這個(gè)從機(jī)并向這個(gè)從機(jī)讀數(shù)據(jù)組合格式。主機(jī)用10位地址尋址從機(jī)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到這個(gè)從機(jī)541、I2C總線數(shù)據(jù)傳送速率

I2C

總線的通信速率受主機(jī)控制，能快能慢。但是最高速率是有限制的，I2C

總線上數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式（Standard-mode）下為

100kbps（每秒

100k

位）

，在快速模式下為400kbps。按照后來(lái)修訂的版本，位速率最高可達(dá)

3.4Mbps。2、子地址

帶有

I2C

總線的器件除了有從機(jī)地址（Slave

Address）外，還可能有子地址。從機(jī)地址是指該器件在

I2C

總線上被主機(jī)尋址的地址，

而子地址是指該器件內(nèi)部不同部件或存儲(chǔ)單元的編址。例如，帶

I2C

總線接口的

E2PROM

就是擁有子地址器件的典型代表。

某些器件（只占少數(shù)）內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可能沒(méi)有子地址，只有必須的從機(jī)地址。

與從機(jī)地址一樣，子地址實(shí)際上也是像普通數(shù)據(jù)那樣進(jìn)行傳輸?shù)?，傳輸格式仍然是與數(shù)據(jù)相統(tǒng)一的，區(qū)分傳輸?shù)牡降资堑刂愤€是數(shù)據(jù)要靠收發(fā)雙方具體的邏輯約定。子地址的長(zhǎng)度必須由整數(shù)個(gè)字節(jié)組成，可能是單字節(jié)（8

位子地址）

，也可能是雙字節(jié)（16

位子地址）

，還可能是

3

字節(jié)以上，這要看具體器件的規(guī)定。三、I2C基礎(chǔ)知識(shí)1、I2C總線數(shù)據(jù)傳送速率

2、子地址

三、I2C基礎(chǔ)知識(shí)553、仲裁是一個(gè)在有多個(gè)主機(jī)同時(shí)嘗試控制總線但只允許其中一個(gè)控制總線并使報(bào)文不被破壞的過(guò)程。所有主機(jī)在SCL線上產(chǎn)生它們自己的時(shí)鐘來(lái)傳輸I2C總線上的報(bào)文。數(shù)據(jù)只在時(shí)鐘的高電平周期有效。因此，需要一個(gè)確定的時(shí)鐘進(jìn)行逐位仲裁。時(shí)鐘同步通過(guò)線與連接I2C接口到SCL線來(lái)執(zhí)行。這就是說(shuō)：SCL線的高到低切換會(huì)使器件開(kāi)始數(shù)它們的低電平周期，而且一旦器件的時(shí)鐘變低電平，它會(huì)使SCL線保持這種狀態(tài)直到到達(dá)時(shí)鐘的高電平。但是，如果另一個(gè)時(shí)鐘仍處于低電平周期，這個(gè)