六、I2C總線規(guī)范

1、編輯pptI2C 總線規(guī)范總線規(guī)范編輯pptI2C應(yīng)用實(shí)例 小型視頻記錄器（硬盤錄像機(jī)）編輯ppt視頻記錄器原理視頻記錄器原理 CCIR-656數(shù)字視頻總線數(shù)字視頻總線 I2C控制總線控制總線模擬視頻模擬視頻數(shù)字視頻數(shù)字視頻編輯pptFIC8120與視頻與視頻A/D接口接口I2C總線總線編輯pptFIC8120與視頻與視頻A/D接口接口CCIR-656 數(shù)字視頻總線數(shù)字視頻總線I2C總線總線編輯ppt什么是什么是I2CnI2C ，即Inter IC，是Philips一種簡(jiǎn)單的雙向兩線總線，用于IC之間的信息通信nI2C只有兩根信號(hào)線，因此最大程度簡(jiǎn)化了芯片之間的連接，使電路板的設(shè)計(jì)、制造更簡(jiǎn)單

2、nI2C常用于處理器與外部控制器、處理器與串行存儲(chǔ)器、甚至處理器與處理器之間的信息(命令)交互編輯pptI2C常用術(shù)語(yǔ)常用術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)描述描述發(fā)送器發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件接收器接收器從總線接收數(shù)據(jù)的器件主機(jī)主機(jī)初始化發(fā)送產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和終止發(fā)送的器件從機(jī)從機(jī)被主機(jī)尋址的器件多主機(jī)多主機(jī)同時(shí)有多于一個(gè)主機(jī)嘗試控制總線但不破壞報(bào)文仲裁仲裁是一個(gè)在有多個(gè)主機(jī)同時(shí)嘗試控制總線但只允許其中一個(gè)控制總線并使報(bào)文不被破壞的過(guò)程同步同步兩個(gè)或多個(gè)器件同步時(shí)鐘信號(hào)的過(guò)程編輯pptI2C特點(diǎn)特點(diǎn)n總線只有兩個(gè)信號(hào)：SDA和SCLnI2C是一個(gè)多主設(shè)備總線，具有總線仲裁機(jī)制n總線上每個(gè)從設(shè)備具有唯一的地址，主設(shè)備

3、根據(jù)地址選擇操作的目的設(shè)備n總線定義三種傳輸速率：標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s；快速模式下可達(dá)400kbit/s；高速模式下可達(dá)3.4Mbit/sn片上濾波器可以濾去數(shù)據(jù)線上的毛刺，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詎同一I2C總線上可以掛接的芯片數(shù)量只受到總線400pF最大負(fù)載電容限制編輯pptI2C信號(hào)信號(hào)nI2C總線由兩個(gè)信號(hào)組成：SCL(串行時(shí)鐘)和SDA(串行數(shù)據(jù))nSDA和SCL都是雙向信號(hào)，電路中通過(guò)電阻上拉到正電源，總線空閑時(shí)都是高電平nSDA的數(shù)據(jù)位在SCL的同步下傳輸n同一I2C總線上各節(jié)點(diǎn)的SDA、SCL輸出都是集電極開路(OC)或漏極開路(OD)的，信號(hào)具有“線與”功能編輯ppt

4、補(bǔ)充：補(bǔ)充：OC與與OD線與：線與： 多個(gè)多個(gè)OC/OD門輸出連在一起，其中一個(gè)為低，所有的都為低門輸出連在一起，其中一個(gè)為低，所有的都為低編輯pptI2C總線信號(hào)連接原理總線信號(hào)連接原理 編輯pptI2C拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編輯pptI2C電路實(shí)例電路實(shí)例CPU視頻視頻A/D串行串行EEPROM編輯pptI2C總線數(shù)據(jù)位傳輸總線數(shù)據(jù)位傳輸nI2C是串行數(shù)據(jù)總線，SCL每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位n數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，SDA信號(hào)只有在SCL為低電平時(shí)才允許改變n數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中， SCL為高電平時(shí)，SDA必須保持穩(wěn)定狀態(tài)編輯pptI2C總線的起始與停止總線的起始與停止n空閑狀態(tài)下，SCL和SDA都為高nS

5、CL為高，SDA由高變低，表示傳輸起始nSCL為高，SDA由低變高，表示傳輸結(jié)束nSTART和STOP總是由Master發(fā)出nSTART發(fā)出后， I2C 進(jìn)入busy狀態(tài)，STOP發(fā)出后， I2C進(jìn)入free狀態(tài)STARTSTOP編輯pptI2C總線的設(shè)備尋址總線的設(shè)備尋址nI2C總線從設(shè)備都有特定的地址，主設(shè)備根據(jù)地址尋址目標(biāo)設(shè)備n主設(shè)備的身份不是固定的，主設(shè)備也可能作為從設(shè)備被別的主設(shè)備尋址nI2C總線兩種地址形式：7位地址和10位地址 nI2C地址由I2C總線委員會(huì)統(tǒng)一分配 編輯pptI2C的7位設(shè)備地址n7位地址中，其中設(shè)備可實(shí)際使用的共有112個(gè)，有兩組（0000 xxx和1111x

6、xx）共16個(gè)地址被保留作為特殊用途 從設(shè)備地址從設(shè)備地址R/W#說(shuō)明說(shuō)明0000 0000廣播呼叫地址廣播呼叫地址0000 0001起始字節(jié)起始字節(jié)0000 001xCBUS地址地址0000 010 x保留給不同的總線格式保留給不同的總線格式0000 011x保留到將來(lái)使用保留到將來(lái)使用0000 1xxx高速模式主設(shè)備碼高速模式主設(shè)備碼1111 1xxx保留給將來(lái)使用保留給將來(lái)使用1111 0 xxx10位地址擴(kuò)展位地址擴(kuò)展編輯pptI2C的7位與10位設(shè)備地址7位地址位地址10位地址位地址編輯pptI2C的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸n一個(gè)字節(jié)8個(gè)二進(jìn)制位，MSB在前，LSB在后，按位傳輸n每個(gè)字節(jié)

7、后都要有一個(gè)應(yīng)答位，應(yīng)答由接收器發(fā)出n如果SLAVE因事(如處理中斷)不能收/發(fā)下一個(gè)完整的字節(jié)，可將SCL拉到低電平，從而使Master進(jìn)入等待狀態(tài)編輯pptI2C數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答n時(shí)鐘由master發(fā)出n響應(yīng)脈沖期間，發(fā)送器釋放SDA(置為高)n響應(yīng)脈沖期間，接收器把SDA置為低編輯pptI2C設(shè)備尋址設(shè)備尋址n起始命令之后，master緊跟著發(fā)出控制字節(jié)，其中包含slave地址和讀寫控制信息STARTSTOP 地址地址 讀讀/寫寫 應(yīng)答應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 應(yīng)答應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2 應(yīng)答應(yīng)答編輯pptI2C可能的數(shù)據(jù)傳輸格式可能的數(shù)據(jù)傳輸格式1n主機(jī)發(fā)送器發(fā)送到從機(jī)接收器傳輸?shù)姆较虿粫?huì)改變編

8、輯pptI2C可能的數(shù)據(jù)傳輸格式可能的數(shù)據(jù)傳輸格式2n在第一個(gè)控制字節(jié)后，主機(jī)立即讀從機(jī)數(shù)據(jù)。在第一次響應(yīng)后，主機(jī)發(fā)送器變成主機(jī)接收器，從機(jī)接收器變成從機(jī)發(fā)送器第一次響應(yīng)仍由從機(jī)產(chǎn)生。編輯pptI2C可能的數(shù)據(jù)傳輸格式可能的數(shù)據(jù)傳輸格式3n復(fù)合格式：傳輸改變方向的時(shí)侯起始條件和從機(jī)地址都會(huì)被重復(fù)，但R/W 位取反讀寫方向改變讀寫方向改變編輯pptI2C的同步時(shí)鐘的同步時(shí)鐘n所有主機(jī)在SCL 線上產(chǎn)生它們自己的時(shí)鐘來(lái)傳輸I2C 總線上的報(bào)文n數(shù)據(jù)只在時(shí)鐘的高電平周期有效n不同device的SCL信號(hào)通過(guò)線與連接I2Cmaster 2 時(shí)鐘時(shí)鐘SCL實(shí)際狀態(tài)實(shí)際狀態(tài)master 1 時(shí)鐘時(shí)鐘編輯p

9、ptI2C的仲裁的仲裁nI2C沒有中央主機(jī)，總線也沒有任何定制的優(yōu)先權(quán) n主機(jī)只能在總線空閑的時(shí)侯啟動(dòng)傳送 n當(dāng)SCL 線是高電平時(shí)，仲裁在SDA 線發(fā)生；在其他主機(jī)發(fā)送低電平時(shí)，發(fā)送高電平的主機(jī)將斷開它的數(shù)據(jù)輸出級(jí)，因?yàn)榭偩€上的電平與它自己的電平不相同 主設(shè)備主設(shè)備1主設(shè)備主設(shè)備2實(shí)際實(shí)際總線總線信號(hào)信號(hào)編輯pptI2C應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例24C01 n嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用串行EEPROMn24Cxx是一個(gè)I2C接口串行EEPROM系列n24Cxx 包括：24C01（128B）、24C02（256B）、24C04（512B）、24C08（1024B）、24C16（2048B）n下面以24C01為

10、例進(jìn)行討論 編輯ppt編輯ppt24C01 S-EEPROM引腳名稱引腳名稱功能功能說(shuō)明說(shuō)明VCC芯片的電源引腳工作電壓范圍寬，如1.8V5.5V，不同廠家產(chǎn)品可能略有差別VSS信號(hào)地SCLI2C總線時(shí)鐘信號(hào)24C01是I2C總線上可讀、可寫的從設(shè)備SDAI2C總線數(shù)據(jù)信號(hào)WP芯片寫保護(hù)信號(hào)WP為高電平時(shí)，芯片被設(shè)置為寫保護(hù)狀態(tài)，只能讀，不能寫A0、A1、A2芯片I2C地址設(shè)置對(duì)應(yīng)著芯片I2C地址的低三位，沒有外部連接時(shí)默認(rèn)為“0”編輯ppt24C01地址設(shè)置n24C01芯片I2C地址的高4位固定為“1010” n通過(guò)A0A2設(shè)置I2C地址的低三位 nA0A2在沒有外部連接時(shí)默認(rèn)為“0” ，若

11、A0、A1、A2三個(gè)引腳懸空，這時(shí)芯片的7位I2C地址為“1010000” n通過(guò)對(duì)A0A2的設(shè)置，一個(gè)I2C總線上最多可掛接8個(gè)24C01芯片 1 10 01 10 0A2A2A1A1A0A0R/W#R/W#MSBMSBLSBLSB固定高4位地址固定高4位地址可設(shè)置可設(shè)置低3位地址低3位地址編輯ppt24C01字節(jié)寫操作字節(jié)寫操作 n24C01有兩種寫模式：“字節(jié)寫字節(jié)寫”和“頁(yè)寫頁(yè)寫” n在“字節(jié)寫”模式下， I2C主設(shè)備（如微處理器）首先發(fā)出起始條件和24C01（從設(shè)備）的7位地址及讀寫標(biāo)志位（此時(shí)該位為“0”）n主設(shè)備收到24C01的響應(yīng)位后，再向24C01發(fā)出8位需要寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)地

12、址 n主設(shè)備收到24C01另一個(gè)響應(yīng)位后，發(fā)出要寫入的數(shù)據(jù) n24C01再次發(fā)出響應(yīng)位，隨后主設(shè)備產(chǎn)生停止條件 n而24C01開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫，在內(nèi)部擦寫過(guò)程中，24C01不再響應(yīng)主設(shè)備的任何操作 編輯ppt24C01字節(jié)寫操作過(guò)程字節(jié)寫操作過(guò)程編輯ppt24C01頁(yè)寫操作頁(yè)寫操作n“頁(yè)寫”模式下，24C01可一次寫入8 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) n數(shù)據(jù)“頁(yè)寫”操作的啟動(dòng)和“字節(jié)寫”一樣 n不同之處在于主設(shè)備傳送了1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產(chǎn)生停止條件，而是連續(xù)再發(fā)送7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，最后才給出停止條件 n如果在發(fā)送停止條件之前主器件發(fā)送超過(guò)8個(gè)字節(jié)，最后面的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋最前面的數(shù)據(jù) n在接收到8字節(jié)數(shù)據(jù)和主器件發(fā)送

13、的停止條件后，24C01啟動(dòng)內(nèi)部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)編輯ppt24C01 “立即地址讀立即地址讀”n24C01有三種讀操作：“立即地址讀立即地址讀”、“選擇選擇讀讀”和“連續(xù)讀連續(xù)讀” n24C01內(nèi)部有地址計(jì)數(shù)器，每次讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，地址計(jì)數(shù)器加1，指向下一個(gè)字節(jié)的地址 n“立即地址讀”操作中，主設(shè)備總線發(fā)出總線起始條件、從設(shè)備地址和讀標(biāo)志位（為“1”），對(duì)應(yīng)地址上的24C01給出響應(yīng)位后，將當(dāng)前地址的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)給主設(shè)備 n主設(shè)備接收到一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)后，給出“非響應(yīng)位”（即保持SDA為高電平），隨后發(fā)出停止條件，結(jié)束總線操作 編輯ppt24C01 “立即地址讀立即地址讀”操作過(guò)程操作

14、過(guò)程編輯ppt24C01 “選擇讀選擇讀”n主設(shè)備可以讀24C01的任意地址 n主設(shè)備首先向總線發(fā)出起始條件，并以寫操作寫操作的形式尋址24C01 n得到響應(yīng)后，向24C01寫入要寫入的字節(jié)地址 n再次得到24C01的響應(yīng)后，主設(shè)備發(fā)出重復(fù)起始重復(fù)起始條件條件 n并用讀操作的形式再次尋址24C01 n24C01在發(fā)出響應(yīng)位后，即可輸出對(duì)應(yīng)地址的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù) n主設(shè)備在接收到需要的數(shù)據(jù)后，給出“非響應(yīng)位”，結(jié)束本次總線操作 編輯ppt24C01 “選擇讀選擇讀”操作過(guò)程操作過(guò)程編輯ppt24C01 “連續(xù)讀連續(xù)讀”n“連續(xù)讀”操作可通過(guò)通過(guò)“立即讀立即讀”和和“選擇讀選擇讀”操操作啟動(dòng)作啟動(dòng) n在24C01發(fā)送完一個(gè)8位字節(jié)數(shù)據(jù)后，主設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)位（單個(gè)字節(jié)的讀操作中主設(shè)備發(fā)出“非響應(yīng)位”），告知24C01主設(shè)備要求連續(xù)地讀下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù) n對(duì)應(yīng)主設(shè)備產(chǎn)生的每個(gè)響應(yīng)位，24C01將發(fā)送一個(gè)8 位數(shù)據(jù)字節(jié) n當(dāng)主設(shè)備不發(fā)送響應(yīng)位、并發(fā)出停止位時(shí)結(jié)束此次總線“連續(xù)讀”操作 編輯ppt24C0