单片机I2C接口技术

 

一、I2C总线简介
   I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过SDA和SCL两根线与连接到总线上的器件之间传递信息，并根据地址识别每个器件。如下图：

 

   I2C为双向同步串行总线，因此I2C总线接口内部为双向传输电路。I2C总线端口输出为开漏结构，故总线须接上10K左右的上拉电阻,当总线空闲时，SDA、SCL都为高电平。I2C总线数据传输速率在标准工作方式下为100Kbit/s, 最高可达400Kbit/s。其接口电路结构如下图。

I2C总线上所有外围器件都有规范的器件地址。如下表（1）：

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
DA3	DA2	DA1	DA0	A2	A1	A0	R|/W

                                                             表一
    高四位DA3、DA2、DA1、DA0为器件地址，I2C总线外围接口器件的固有地址编码，在出厂时候就已经给定。例如，AT24CXX的器件地址为1010.
   后三位A2、A1、A0为引脚地址，根据接不同电源或地址来区分。
   最后一位 R|/W为数据方向位， 为1读数据（接收），为0时写数据（发送 ）。

 

二、I2C总线数据的传输

   在数据的传送过程中，SCL为高电平期间，SDA上数据必须保持稳定，只有当SCL为低电平时候才允许变化，同时也 必须确认数据传送的开始和结束，即开始信号（Start)和终止信号（Stop）。SCL为高电平期间，SDA由高到低的变化表示开始信号，SDA由低到高的变化则表示终止信号。如下图：

I2C 总线数据传输的格式：开始信号后，送出的第一字节数据是用来选择器件地址（见上表一）的。开始信号后个器件将自己的地址与总线上发送的地址进行比较，若一致则该器件为要寻址的器件，其接受信息还是发送信息由最后一位R|/W决定。
  
   在I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一字节必须是8位，且每个传送的字节后必须跟一个认可位（第9位），也叫应答位（ACK）。数据传送过程如下图所示：

     主器件发送完一字节的数据后，接着发出对应于SCL线上的一个时钟（ACK）认可位，此时钟内主器件释放SDA线，一字节传送结束，而从器件的响应信号将SDA拉成低电平，使SDA在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。从器件的响应结束后，SDA线返回高电平进入下一个传送周期。

应答信号时序图：

另外，I2C总线还具有广播呼叫地址，用于寻址总线上所有的器件的功能。

三、I2C总线接口器件

    具有I2C总线接口的器件有很多，在视频处理、通信领域采用I2C总线接口器件较普遍，另外还有些通用的I2C接口器件，例如：带I2C总线的单片机、RAM、ROM、A/D、D/A、LCD驱动等。

51系列单片机并未提供I2C接口，但是基于对I2C协议的分析，可以通过软件模拟的方法来实现单片机I2C接口，从而实现51系列单片机与I2C器件之间的数据传输。