I2C详细介绍

(资料参考来源于百度)
IIC 即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线),这种总线类型是由 飞利浦 半导体公司在八十年代初设计出来的,主要是用来连接整体电路( ICS ) ,IIC是一种多向 控制总线 ,也就是说多个芯片可以连接到同一 总线结构 下,同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源。这种方式简化了信号传输总线接口。

I2C串行总线一般有两根信号线,一根是双向的数据线SDA,另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上,各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。
为了避免总线信号的混乱,要求各设备连接到总线的输出端时必须是 漏极开路(OD)输出或集电极开路(OC)输出。设备上的串行数据线SDA接口电路应该是双向的,输出电路用于向总线上发送数据,输入电路用于接收总线上的数据。而串行时钟线也应是双向的,作为 控制总线 数据传送的主机,一方面要通过SCL输出电路发送 时钟信号,另一方面还要检测总线上的SCL电平,以决定什么时候发送下一个 时钟脉冲电平;作为接受主机命令的从机,要按总线上的SCL信号发出或接收SDA上的信号,也可以向SCL线发出低 电平信号以延长总线时钟信号周期。总线空闲时,因各设备都是开漏输出,上拉电阻Rp使SDA和SCL线都保持高电平。任一设备输出的低电平都将使相应的总线信号线变低,也就是说:各设备的SDA是“与”关系,SCL也是“与”关系。
总线对设备接口电路的制造工艺和电平都没有特殊的要求(NMOS、 CMOS都可以兼容)。在I2C总线上的 数据传送率可高达每秒十万位,高速方式时在每秒四十万位以上。另外,总线上允许连接的设备数以其电容量不超过400pF为限。
总线的运行(数据传输)由 主机控制。所谓主机是指启动数据的传送(发出启动信号)、发出 时钟信号以及传送结束时发出停止信号的设备,通常主机都是 微处理器。被主机寻访的设备称为从机。为了进行通讯,每个接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址,以便于主机寻访。主机和从机的数据传送,可以由主机发送数据到从机,也可以由从机发到主机。凡是发送数据到总线的设备称为发送器,从总线上接收数据的设备被称为接受器。
I2C总线上允许连接多个微处理器以及各种外围设备,如 存储器、 LED及LCD 驱动器、A/D及 D/A转换器等。为了保证数据可靠地传送,任一时刻总线只能由某一台主机控制,各微处理器应该在总线空闲时发送启动数据,为了妥善解决多台微处理器同时发送启动数据的传送(总线控制权)冲突,以及决定由哪一台微处理器 控制总线的问题,I2C总线允许连接不同传送速率的设备。多台设备之间 时钟信号的同步过程称为同步化。

数据传输

在I2C总线传输过程中,将两种特定的情况定义为开始和停止条件(见图3):当SCL保持“高”时,SDA由“高”变为“低”为开始条件;当SCL保持“高”且SDA由“低”变为“高”时为停止条件。开始和停止条件均由主控制器产生。使用硬件接口可以很容易地检测到开始和停止条件,没有这种接口的微机必须以每 时钟周期至少两次对SDA取样,以检测这种变化。
SDA线上的数据在时钟“高”期间必须是稳定的,只有当SCL线上的 时钟信号 为低时,数据线上的“高”或“低”状态才可以改变。输出到SDA线上的每个字节必须是8位,每次传输的字节不受限制,但每个字节必须要有一个应答ACK。如果一接收器件在完成其他功能(如一 内部中断 )前不能接收另一数据的完整字节时,它可以保持时钟线SCL为低,以促使发送器进入等待状态;当接收器准备好接受数据的其它字节并释放时钟SCL后,数据传输继续进行。I2C 数据总线 传送时序如下图所示。
I2C详细介绍
数据传送具有应答是必须的。与应答对应的 时钟脉冲由主控制器产生,发送器在应答期间必须下拉SDA线。当 寻址的被控器件不能应答时,数据保持为高并使主控器产生停止条件而终止传输。在传输的过程中,在用到主控接收器的情况下,主控接收器必须发出一数据结束信号给被控发送器,从而使被控发送器释放数据线,以允许主控器产生停止条件。合法的数据传输格式如下:
I2C总线在开始条件后的首字节决定哪个被控器将被主控器选择,例外的是“通用访问”地址,它可以在所有期间寻址。当主控器输出一地址时,系统中的每一器件都将开始条件后的前7位地址和自己的地址进行比较。如果相同,该器件即认为自己被主控器寻址,而作为被控接收器或被控发送器则取决于R/W位。

I2C总线是各种总线中使用信号线最少,并具有自动寻址、多主机 时钟同步 和仲裁等功能的总线。因此,使用I2C总线设计计算机系统十分方便灵活,体积也小,因而在各类实际应用中得到广泛应用。

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