i2c总线原理(1)

转自：http://blog.c114.net/html/15/562315-74826.html                    万分感谢！

 

什么是 I2C 总线？ 1u.JLNV0

 

6M%N3j0@&A,]0

         I2C 即 Inter IC ，由 Philips 公司开发，是当今电子设计中应用非常广泛的串行总线之一，主要用于电压、温度监控， EEPROM 数据的读写，光模块的管理等。 中国通信人博客ldF1~2Zg

I2C 总线只有两根线， SCL 和 SDA ， SCL 即 Serial Clock ，串行参考时钟， SDA 即 Serial Data ，串行数据。 中国通信人博客:Q�R5u | U5tD c+N:e

 

C1@C~E%{{Fg0

          ♦ I2C 总线的速率能达到多少？ 中国通信人博客;yUE!{'/(h+G�b

 中国通信人博客2M%BwI_

     标准模式下： 100Kbps 中国通信人博客$j MX8Z9M5J7m'_8{`

     快速模式下： 400Kbps 中国通信人博客/yeU'c cD

     高速模式下： 3.4Mbps 中国通信人博客D:Zb.MW nJ

          I2C总线结构如下图所示：

@ c$f*c C/dPF
[(^%Y0

         

U h/ib9py v/xH*R"k0

    如上图所示， I2C 是 OC 或 OD 输出结构，使用时必须在芯片外部进行上拉，上拉电阻 R 的取值根据 I2C 总线上所挂器件数量及 I2C 总线的速率有关，一般是标准模式下 R 选择 10kohm ，快速模式下 R 选取 1kohm ， I2C 总线上挂的 I2C 器件越多，就要求 I2C 的驱动能力越强， R 的取值就要越小，实际设计中，一般是先选取 4.7kohm 上拉电阻，然后在调试的时候根据实测的 I2C 波形再调整 R 的值。 中国通信人博客5f/zs0N"h/Bs

 

6q6y'F'h+KsQO r8^6cr0

       ♦ I2C 总线上最多能挂多少个 I2C 器件？ 中国通信人博客&~["B;W1I-y

 中国通信人博客/yi o?/z+{qt _w

       I2C 总线上允许挂接 I2C 器件的数量由两个条件决定： 中国通信人博客+o7d&jqv2_

       1).I2C 从设备的地址位数。 I2C 标准中有 7 位地址和 10 位地址两种。如果是 7 位地址，允许挂接的 I2C 器件数量为： 2⁷ ＝ 128 ，如果是 10 位地址，允许挂接的 I2C 器件数量为： 2¹⁰ ＝ 1024 ，一般 I2C 总线上挂接的 I2C 器件不会太多，所以现在几乎所有的 I2C 器件都使用 7 位地址。 中国通信人博客K3oxe7y

       2). 挂在 I2C 总线上所有 I2C 器件的管脚寄生电容之和。 I2C 总线规范要求， I2C 总线容性负载最大不能超过 470pF 。

l5vz*w8WEL [ U/c)d0

 

4bw}G
h7t!l0

      ♦ I2C 总线是如何工作的？

/.M]g _0qd6}4A0

   

!{+^"m Zhw6Bp0

      1).I2C 总线传输的特点。 中国通信人博客
px4b5tlc:z7qDN

      I2C 总线按字节传输，即每次传输 8bits 二进制数据，传输完毕后等待接收端的应答信号 ACK ，收到应答信号后再传输下一字节。等不到 ACK 信号后，传输终止。空闲情况下， SCL 和 SDA 都处于高电平状态。

0z/h*XFYT~l0

 

6l+^v2X!EV0

      2). 如何判断一次传输的开始？ 中国通信人博客#A'p!W`w�apF th

  

/`'w%C4{I'g(y�[W0

     如上图所示， I2C 总线传输开始的标志是： SCL 信号处于高电平期间， SDA 信号出现一个由高电平向低电平的跳变。

+M M2^$bM-|E l0

 中国通信人博客:g#d6hy;}f

       3). 如何判断一次传输的结束？ 中国通信人博客n/z1ob$K$n_z_

    中国通信人博客gu z)RA'[Uw

     如上图所示， I2C 总线传输结束的标志是： SCL 信号处于高电平期间， SDA 信号出现一个由低电平向高电平的跳变。跟开始标识正好相反。

Me_ C+A9L Mf�sj0

 中国通信人博客P4tl.wZ [s

        4). 什么样的 I2C 数据才是有效的。

0Kq Y)Pq!L/bh0

/szjT|2d2P0

    在 SCL 处于高电平期间， SDA 保持状态稳定的数据才是有效数据，只有在 SCL 处于低电平状态时， SDA 才允许状态切换。前面已经讲过了， SCL 高电平期间， SDA 状态发生改变，是传输开始 /. 结束的标志。

5J/w6C+E/zy&_2o0

 

_^I x:L0

      ♦ I2C 总线的主要时序参数有哪些？

8m0m%ZJ9M x*D:n0

       I2C 总线的主要时序参数有：开始建立时间 t _SU:STA ，开始保持时间 t _HD:STA ，数据建立时间 t _SU:DAT ，数据保持时间 t _SU:DAT ，结束建立时间 t _SU:STO 。如下图所示：

+m*yvc QT0

    中国通信人博客�xoE%q2dR W M

    开始建立时间： SCL 上升至幅度的 90% 与 SDA 下降至幅度的 90% 之间的时间间隔；

4cKp `+~@ i7L,CXN
M0

    开始保持时间： SDA 下降至幅度的 10% 与 SCL 下降至幅度的 10% 之间的时间间隔；

G7z$B7n"p0

    数据建立时间： SDA 上升至幅度的 90% 或 SDA 下降至幅度的 10% 与 SCL 上升至幅度的 10% 之间的时间间隔； 中国通信人博客?` qc
EWX zJf

    数据保持时间： SCL 下降至幅度的 10% 与 SDA 上升至幅度的 10% 或 SDA 下降至幅度的 90% 之间的时间间隔；

)]V(l*H W:Y+g/0

    结束建立时间： SCL 上升至幅度的 90% 与 SDA 上升至幅度的 90% 之间的时间间隔； 中国通信人博客0a0P
p*_&i

 

E!TbQB:vU0

   I2C总线的时序参数要求： 中国通信人博客o1hze9t(u-r,G8xJHm

   中国通信人博客Gw*d(oPkp6C

中国通信人博客!?5|V/D ns#K/j6?

      ♦ I2C 总线如何进行读写操作？ 中国通信人博客,uqG+r-I8vNy5L

      中国通信人博客�S6m5E rr,]

 

5d_*z2I`$xc?5K0

    如上图所示， I2C 开始传输时，第一个字节的前 7bit 是地址信息 (7 位地址器件 ) ，第 8bit 是操作标识，为“ 0 ”时表示写操作，为“ 1 ”时表示读操作，第 9 个时钟周期是应答信号 ACK ，低有效，高电平表示无应答，传输终止。在上图中还可以看出，正常情况下，写操作是 I2C 主设备方发起终止操作的，而读操作时， I2C 主控制器在接收完最后一个数据后，不对从设备进行应答，传输终止。 中国通信人博客 bbR6S.oT.u@!`

 中国通信人博客!x8{#^5I#b:j,|6}T c

      ♦ I2C 总线案例分析

kj�/+N:D g0

 

^ r|h] i4^0

    问题描述：

MB]iV8T/H-F.A8H~Z S0

    在测试某 I2C 总线时，发现 SDA 数据线上有毛刺，而且出现的位置很有规律，一般在第 9 ， 18 ， 27----- 时钟周期的后面。如下图所示。 中国通信人博客 Pc SGG$N

  

%]6yL&sP%j2u.y j;e0

     问题分析： 中国通信人博客�[mKb9]

    

pa:l(p@"{![0

  

G1Y%L7yYk }2x$wH0

    如上图所示， t1 是 I2C 总线上的 Slave 设备应答信号 ACK( 第 9 个时钟周期输出 ) 相对与参考时钟 SCL 下降沿的滞后时间。数据方向是 Slave--> Master 。 t 2 是 I2C 总线上的 Master 设备在第 10 个时钟输出相对了参考时钟 SCL 的滞后时间。数据方向是 Master--> Slave 。 ∆t 是 Master 设备与 Slave 设备输出数据延迟的时间差。 中国通信人博客i;K)Ccjb

 中国通信人博客K&P(V(YNH

        Master 设备发出最后一个 bit 数据后，总线的使用权交给 Slave 设备使用，由 Slave 设备发出应答信号 ACK ，该信号在 SCL 下降沿经 t1 延迟后发出，在 SCL 的下一个时钟沿后内经 t1 后结束。而 Master 设备在同一个时钟沿，经常 t2 延迟后发出第 9bit 数据，这样在 ∆t (t2-t1) 时间内， Master 和 Slave 设备都没有使用总线，由于 SDA 是 OC/OD 输出，芯片外面通过电阻 R 上拉到 VCC ，将 SDA 电平拉升，但是由于 ∆t 很短， VCC 还没来的及将 SDA 拉到稳定的高电平， Master 就开始发出数据“