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I2C总线

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  I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于在80年代,最初为音频和视频设备开发,如今主要在服务器管理中使用,其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询,以管理系统的配置或掌握组件的功能状态,如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。
  1 I2C总线特点
  I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上,因此I2C总线占用的空间非常小,减少了电路板的空间和芯片管脚的数量,降低了互联成本。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。I2C总线的另一个优点是,它支持多主控(multimastering), 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然,在任何时间点上只能有一个主控。
  2 I2C总线工作原理
  2.1 总线的构成及信号类型
  I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送,最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上,但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作,所以每个电路和模块都有唯一的地址,在信息的传输过程中,I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器),又是发送器(或接收器),这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分,地址码用来选址,即接通需要控制的电路,确定控制的种类;控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样,各控制电路虽然挂在同一条总线上,却彼此独立,互不相关。
  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。
  目前有很多半导体集成电路上都集成了I2C接口。带有I2C接口的单片机有:CYGNAL的 C8051F0XX系列,PHILIPSP87LPC7XX系列,MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外围器件如存储器、监控芯片等也提供I2C接口。
  3 总线基本操作
  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。
  3.1 控制字节
  在起始条件之后,必须是器件的控制字节,其中高四位为器件类型识别符(不同的芯片类型有不同的定义,EEPROM一般应为1010),接着三位为片选,最后一位为读写位,当为1时为读操作,为0时为写操作。
  3.2 写操作
  写操作分为字节写和页面写两种操作,对于页面写根据芯片的一次装载的字节不同有所不同。
  3.3 读操作
  读操作有三种基本操作:当前地址读、随机读和顺序读。图4给出的是顺序读的时序图。应当注意的是:最后一个读操作的第9个时钟周期不是“不关心”。为了结束读操作,主机必须在第9个周期间发出停止条件或者在第9个时钟周期内保持SDA为高电平、然后发出停止条件。
  在I2C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 :
  1) 严格按照时序图的要求进行操作,
  2) 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接,可以不外加上拉电阻。
  3) 程序中为配合相应的传输速率,在对口线操作的指令后可用NOP指令加一定的延时。
  4) 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚(如果有),或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字,每次上电时或复位时做一次检测,判断EEPROM是否被意外改写。
  添加:I2C 总线
  在现代电子系统中,有为数众多的IC 需要进行相互之间以及与外界的通信。为了提供
  硬件的效率和简化电路的设计,PHILIPS 开发了一种用于内部IC 控制的简单的双向两线串
  行总线I2C(inter IC 总线)。I2C 总线支持任何一种IC 制造工艺,并且PHILIPS 和其他厂商
  提供了种类非常丰富的I2C 兼容芯片。作为一个专利的控制总线,I2C 已经成为世界性的工
  业标准。
  每个I2C 器件都有一个唯一的地址,而且可以是单接收的器件(例如:LCD 驱动
  器)或者可以接收也可以发送的器件(例如:存储器)。发送器或接收器可以在主模式
  或从模式下操作,这取决于芯片是否必须启动数据的传输还是仅仅被寻址。I2C 是一个
  多主总线,即它可以由多个连接的器件控制。
  早期的I2C 总线数据传输速率最高为100Kbits/s,采用7 位寻址。但是由于数据传
  输速率和应用功能的迅速增加,I2C 总线也增强为快速模式(400Kbits/s)和10 位寻址
  以满足更高速度和更大寻址空间的需求。
  I2C 总线始终和先进技术保持同步,但仍然保持其向下兼容性。并且最近还增加了
  高速模式,其速度可达3.4Mbits/s。它使得I2C 总线能够支持现有以及将来的高速串行
  传输应用,例如EEPROM 和Flash 存储器。  


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开放分类
电子    

参考资料
1.http://www.mcufan.com/xinshou/mcu-iic.htm 2.修改来自《嵌入式系统的构建》一书,对该概念做了总体上的介绍,可以加深理解

贡献者
sylar    


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