I2C串行總線的原理.pptx

1、I2C串行總線的原理,1、總線的概述 2、總線結(jié)構(gòu) 3、總線傳輸協(xié)議 4、常見波形分析,I2C串行總線概述,I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發(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)。,I2C串行總線優(yōu)點(diǎn),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，通訊效率高等有點(diǎn)。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充及其容易。,I2C總線特點(diǎn),1.只要求兩條總線線路 一條串行數(shù)據(jù)線SDA和一條串行時(shí)鐘線SCL 2.每個(gè)連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡(jiǎn)單的主機(jī) /從機(jī)關(guān)系軟件

2、設(shè)定地址：主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器 3.它是一個(gè)真正的多主機(jī)總線 如果兩個(gè)或更多主機(jī)同時(shí)初始化數(shù)據(jù)傳輸可以通過沖突檢測(cè)和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞 4.串行的 8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá) 100kbit/s 快速模式下可達(dá) 400kbit/s 高速模式下可達(dá) 3.4Mbit/s 5. 連接到相同總線的 IC 數(shù)量只受到總線的最大電容 400pF 限制,SCLSDA結(jié)構(gòu),連接到總線的輸出級(jí)是漏極開路或者集電極開路,I2C接口的輸出端是漏極開路或集電極開路，所以必須在接口外接上拉電阻。,I2C上拉電阻的范圍很寬，主要是根據(jù)功耗，上升時(shí)間等確定。I2C的上拉電阻可以是1.5K，2.2

3、K，4.7K，電阻的大小對(duì)時(shí)序有一定的影響，對(duì)信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間也有影響，一般接1.5K或2.2K。,總的來說：電源電壓控制了上拉電阻的最小值；負(fù)載電容（總線電容）控制了上拉電阻的最大值。,I2C總線空閑的時(shí)候，兩條信號(hào)線應(yīng)該維持高電平。否則，上拉電阻上就會(huì)耗電。,連接兩個(gè)電壓不同部分的雙向電平轉(zhuǎn)換器電路,I2C總線協(xié)議 STOP STAR,SCL是高電平，SDA從高電平向低電平切換表示起始條件 SCL是高電平，SDA從低電平向高電平切換表示停止條件,起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)送的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后總線就被處于占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后總線就處于空閑的狀態(tài)。,每個(gè)接到I2C總線上的器件

4、（可以是微處理器MCU,LED驅(qū)動(dòng)器,存儲(chǔ)器或鍵盤接口。）都是有唯一的地址，而且都可以作為一個(gè)發(fā)送器或接收器（由器件的功能決定）。主機(jī)與其它器件間的數(shù)據(jù)傳輸可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器，接受數(shù)據(jù)的器件則為接受器。 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)總線傳輸數(shù)據(jù)。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁決定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線支持多主控模塊，但同一時(shí)刻只允許有一個(gè)主控,啟動(dòng)信號(hào)START后緊接著發(fā)送一個(gè)地址字節(jié)，其中7位為被控器件的地址碼，一位為讀/寫控制位R/W,R. /W位為0表示由主控向被控器件寫數(shù)據(jù)，R/W為1表示由主控向被控器件讀數(shù)據(jù)； 當(dāng)被控器件檢測(cè)到收到

5、的地址與自己的地址相同時(shí)，在第9個(gè)時(shí)鐘期間反饋應(yīng)答信號(hào)； 每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)在傳送時(shí)都是高位(MSB)在前；,當(dāng)被控器件檢測(cè)到主控發(fā)送的地址與自己的地址相同時(shí)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)(ACK)； 主控收到ACK后開始發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)； 被控器收到數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)送一個(gè)ACK表示繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，發(fā)送NACK表示傳送數(shù)據(jù)結(jié)束； 主控發(fā)送完全部數(shù)據(jù)后，發(fā)送一個(gè)停止位STOP，結(jié)束整個(gè)通訊并且釋放總線；,I2C數(shù)據(jù)傳送,SCL線呈現(xiàn)高電平期間，SDA線上的電平必須保持穩(wěn)定，低電平表示0(此時(shí)的線電壓為地電壓)，高電平表示1(此時(shí)的電壓由元器件的VDD決定)。只有在SCL線為低電平期間，SDA上的電平允許變化。,讀通訊過

6、程,1. 主控在檢測(cè)到總線空閑的狀況下，首先發(fā)送一個(gè)START信號(hào)掌管總線； 2. 發(fā)送一個(gè)地址字節(jié)(包括7位地址碼和一位R/W 1)； 3. 當(dāng)被控器件檢測(cè)到主控發(fā)送的地址與自己的地址相同時(shí)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)(ACK)； 4. 主控收到ACK后釋放數(shù)據(jù)總線，開始接收第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)； 5. 主控收到數(shù)據(jù)后發(fā)送ACK表示繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，發(fā)送NACK表示傳送數(shù)據(jù)結(jié)束； 6. 主控發(fā)送完全部數(shù)據(jù)后，發(fā)送一個(gè)停止位STOP，結(jié)束整個(gè)通訊并且釋放總線,I2C數(shù)據(jù)的中斷,接收器收到一個(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，可能無法接受下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)候接收器可以將SCL線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)，直到接收器準(zhǔn)備好接受下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使為高電平，使數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。,總線的仲裁,假設(shè)在某一瞬間兩個(gè)主器件1和2同時(shí)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)線DATA1和DATA2，由于I2C總線的“線與”特性，使得SDA數(shù)據(jù)波形是DATA1和DATA2的結(jié)合。主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)的同事還要對(duì)自己的輸出端的信號(hào)電平進(jìn)行抽檢，只要檢測(cè)的結(jié)果和自己的預(yù)期相符則繼續(xù)占用總線。實(shí)際系統(tǒng)采用低電平優(yōu)先的仲裁原則將總線判給最先出現(xiàn)低電平的主機(jī)。,常見波形分析,1.起始信號(hào) 2.主從設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)I2C總線 主設(shè)備傳送完數(shù)據(jù)釋 放總線電壓拉高，從設(shè)備發(fā)送應(yīng)答信號(hào)出現(xiàn)半個(gè)波形。 3.主設(shè)備讀入ACK