ARM微控制器與嵌入式系統(tǒng) 課件 33 I2C協(xié)議

ARM微控制器與嵌入式系統(tǒng)

I2C協(xié)議主講人：景妮琴北京電子科技職業(yè)學(xué)院內(nèi)容I2C串行總線概述I2C協(xié)議—物理層I2C協(xié)議—協(xié)議層I2C總線數(shù)據(jù)傳送的模擬I2C串行總線概述采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易。常用的串行擴(kuò)展總線有：I2C（InterICBUS）總線、單總線（1－WIREBUS）、SPI（SerialPeripheralInterface）總線及Microwire/PLUS等。I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C串行總線概述I2C串行總線概述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串行總線概述I2C總線通過上拉電阻接正電源。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串行總線概述每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機(jī)與器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到器件，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器?？偩€上接收數(shù)據(jù)的器件則為接收器。

在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，我們經(jīng)常遇到的是以單片機(jī)為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。I2C協(xié)議—物理層I2C協(xié)議簡介I2C通訊協(xié)議(Inter－IntegratedCircuit)是由Philips公司開發(fā)的，由于它引腳少，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，不需要USART、CAN等通訊協(xié)議的外部收發(fā)設(shè)備，現(xiàn)在被廣泛地使用在系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)集成電路(IC)間的通訊。I2C協(xié)議—物理層它是一個(gè)支持多設(shè)備的總線?！翱偩€”指多個(gè)設(shè)備共用的信號(hào)線。一個(gè)I2C總線只使用兩條總線線路，串行數(shù)據(jù)線：SDA，用來表示數(shù)據(jù)串行時(shí)鐘線

：SCL，用于數(shù)據(jù)收發(fā)同步I2C協(xié)議—物理層每個(gè)連接到總線的設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)立的地址，主機(jī)可以利用這個(gè)地址進(jìn)行不同設(shè)備之間的訪問?？偩€通過上拉電阻接到電源。當(dāng)I2C設(shè)備空閑時(shí)，會(huì)輸出高阻態(tài)，而當(dāng)所有設(shè)備都空閑，都輸出高阻態(tài)時(shí)，由上拉電阻把總線拉成高電平。7位地址最多連接128個(gè)設(shè)備10位地址最多連接1024個(gè)設(shè)備I2C協(xié)議—物理層具有三種傳輸模式：標(biāo)準(zhǔn)模式傳輸速率為100kbit/s快速模式為400kbit/s高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s，但目前大多I2C設(shè)備尚不支持高速模式。連接到相同總線的IC數(shù)量受到總線的最大電容400pF限制

。I2C協(xié)議—協(xié)議層I2C的協(xié)議定義了：通訊的起始和停止信號(hào)數(shù)據(jù)有效性響應(yīng)仲裁時(shí)鐘同步地址廣播I2C協(xié)議—協(xié)議層起始和停止信號(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停止信號(hào)。起始和停止信號(hào)一般由主機(jī)產(chǎn)生。I2C協(xié)議—協(xié)議層數(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。I2C協(xié)議—協(xié)議層地址及數(shù)據(jù)方向：I2C總線上的每個(gè)設(shè)備都有自己的獨(dú)立地址，主機(jī)發(fā)起通訊時(shí)，通過SDA信號(hào)線發(fā)送設(shè)備地址(SLAVE_ADDRESS)來查找從機(jī)。設(shè)備地址可以是7位或10位。緊跟設(shè)備地址的一個(gè)數(shù)據(jù)位R/W用來表示數(shù)據(jù)傳輸方向，數(shù)據(jù)方向位為“1”時(shí)表示主機(jī)由從機(jī)讀數(shù)據(jù)，該位為“0”時(shí)表示主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)據(jù)。I2C協(xié)議—協(xié)議層響應(yīng)：I2C的數(shù)據(jù)和地址傳輸都帶響應(yīng)。響應(yīng)包括“應(yīng)答(ACK)”和“非應(yīng)答(NACK)”兩種信號(hào)。傳輸時(shí)主機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘，在第9個(gè)時(shí)鐘時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送端會(huì)釋放SDA的控制權(quán)，由數(shù)據(jù)接收端控制SDA，若SDA為高電平，表示非應(yīng)答信號(hào)(NACK)，低電平表示應(yīng)答信號(hào)(ACK)。I2C協(xié)議—協(xié)議層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?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)。在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（可以是7位），接下來（第8位）是數(shù)據(jù)的傳送方向位，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。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。數(shù)據(jù)傳輸分為：主機(jī)寫數(shù)據(jù)到從機(jī)主機(jī)由從機(jī)中讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)與讀數(shù)據(jù)的復(fù)合格式I2C協(xié)議—協(xié)議層主機(jī)寫數(shù)據(jù)到從機(jī)：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)傳送過程中不變。起始信號(hào)——從機(jī)地址——讀寫信號(hào)—應(yīng)答位—數(shù)據(jù)位——應(yīng)答位——……——停止位I2C協(xié)議—協(xié)議層主機(jī)由從機(jī)中讀數(shù)據(jù)：主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)后，立即從從機(jī)讀數(shù)據(jù)。起始信號(hào)——從機(jī)地址——讀寫信號(hào)—應(yīng)答位—數(shù)據(jù)位——應(yīng)答位——……——停止位陰影部分：數(shù)據(jù)由主機(jī)傳輸至從機(jī)無陰影部分：數(shù)據(jù)由從機(jī)傳輸至主機(jī)A表示應(yīng)答，A非表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。R/W表示傳輸方向選擇位，1為讀，0為寫。I2C協(xié)議—協(xié)議層寫數(shù)據(jù)與讀數(shù)據(jù)的復(fù)合格式：在傳送過程中，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。。I2C總線數(shù)據(jù)傳送的模擬主機(jī)若是采用不帶I2C總線接口的單片機(jī)，如80C51、AT89C2051等單片機(jī)，就需要利用軟件實(shí)現(xiàn)I2C總線的數(shù)據(jù)傳送，即軟件與硬件結(jié)合的信號(hào)模擬。為了保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線的數(shù)據(jù)傳送有嚴(yán)格的時(shí)序要求。I2C總線數(shù)據(jù)傳送的模擬I2C總線的起始信號(hào)、終止信號(hào)、發(fā)送“0”及發(fā)送“1”的模擬時(shí)序?yàn)椋篒2C總線數(shù)據(jù)傳送的模擬起始信號(hào)的模擬voidI2CStart(void){ SDA=1; SomeNop(); SCL=1; SomeNop(); SDA=0; SomeNop