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i2c总线介绍

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i2c总线介绍

I2C介绍   I2C总线是两线式串行总线。    I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性,支持多主控(multimastering)。   占用空间小,芯片管脚数量少。 总线的长度可高达25英尺,并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。最高传送速率100kbps。 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号, 它们分别是:开始信号、结束信号和应答信号。  开始信号:SCL为高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。  结束信号:SCL为高电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据。   应答信号:接收数据的IC在接收到8bit数据后,向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。CPU向受控单元发出一 个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,CPU接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答 信号,由判断为受控单元出现故障。  I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上,则定义为发送器,器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工 作于接收和发送状态。 总线必须由主器件(通常为微控制器)控制,主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向,并产生起 始和停止条件。SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变,SCL为高电平的期间,SDA状态的改变被用来表示起始和停止 条件。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(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到总线上的器件之间传送信息,并根据地址识别每个器件:不管是单片机、存储器、LCD驱动器还是键盘接口。  1.I2C总线的基本结构 采用I2C总线标准的单片机或IC器件,其内部不仅有I2C接口电路,而且将内部各单元电路按功能划分为若干相对独立的模块,通过软件寻址实现片选,减少了器件片选线的连接。CPU不仅能通过指令将某个功能单元电路挂靠或摘离总线,还可对该单元的工作状况进行检测,从而实现对硬件系统的既简单又灵活的扩展与控制。I2C总线接口电路结构如图1所示。2.双向传输的接口特性 传统的单片机串行接口的发送和接收一般都各用一条线,如MCS51系列的TXD和RXD,而I2C总线则根据器件的功能通过软件程序使其可工作于发送或接收方式。当某个器件向总线上发送信息时,它就是发送器(也叫主器件),而当其从总线上接收信息时,又成为接收器(也叫从器件)。主器件用于启动总线上传送数据并产生时钟以开放传送的器件,此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。I2C总线的控制完全由挂接在总线上的主器件送出的地址和数据决定。在总线上,既没有中心机,也没有优先机。  总线上主和从(即发送和接收)的关系不是一成不变的,而是取决于此时数据传送的方向。SDA和SCL均为双向I/O线,通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时,两根线都是高电平。连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路,以具有线“与”功能。I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s,在快速方式下,最高传送速率可达400kbit/s。  3.I2C总线上的时钟信号 在I2C总线上传送信息时的时钟同步信号是由挂接在SCL时钟线上的所有器件的逻辑“与”完成的。SCL线上由高电平到低电平的跳变将影响到这些器件,一旦某个器件的时钟信号下跳为低电平,将使SCL线一直保持低电平,使SCL线上的所有器件开始低电平期。此时,低电平周期短的器件的时钟由低至高的跳变并不能影响SCL线的状态,于是这些器件将进入高电平等待的状态。  当所有器件的时钟信号都上跳为高电平时,低电平期结束,SCL线被释放返回高电平,即所有的器件都同时开始它们的高电平期。其后,第一个结束高电平期的器件又将SCL线拉成低电平。这样就在SCL线上产生一个同步时钟。可见,时钟低电平时间由时钟低电平期最长的器件确定,而时钟高电平时间由时钟高电平期最短的器件确定。  4.数据的传送 在数据传送过程中,必须确认数据传送的开始和结束。在I2C总线技术规范中,开始和结束信号(也称启动和停止信号)的定义如图2所示。当时钟线SCL为高电平时,数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号;当SCL线为高电平时,SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。开始和结束信号都是由主器件产生。在开始信号以后,总线即被认为处于忙状态;在结束信号以后的一段时间内,总线被认为是空闲的。

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