ARM微控制器與嵌入式系統(tǒng) 課件 33 I2C協(xié)議

ARM微控制器與嵌入式系統(tǒng)

I2C協(xié)議主講人：景妮琴北京電子科技職業(yè)學院內容I2C串行總線概述I2C協(xié)議—物理層I2C協(xié)議—協(xié)議層I2C總線數據傳送的模擬I2C串行總線概述采用串行總線技術可以使系統(tǒng)的硬件設計大大簡化、系統(tǒng)的體積減小、可靠性提高。同時，系統(tǒng)的更改和擴充極為容易。常用的串行擴展總線有：I2C（InterICBUS）總線、單總線（1－WIREBUS）、SPI（SerialPeripheralInterface）總線及Microwire/PLUS等。I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線。I2C串行總線概述I2C串行總線概述I2C總線只有兩根雙向信號線。一根是數據線SDA，另一根是時鐘線SCL。I2C串行總線概述I2C總線通過上拉電阻接正電源。當總線空閑時，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關系。I2C串行總線概述每個接到I2C總線上的器件都有唯一的地址。主機與器件間的數據傳送可以是由主機發(fā)送數據到器件，這時主機即為發(fā)送器。總線上接收數據的器件則為接收器。

在多主機系統(tǒng)中，可能同時有幾個主機企圖啟動總線傳送數據。為了避免混亂，I2C總線要通過總線仲裁，以決定由哪一臺主機控制總線。在單片機應用系統(tǒng)的串行總線擴展中，我們經常遇到的是以單片機為主機，其它接口器件為從機的單主機情況。I2C協(xié)議—物理層I2C協(xié)議簡介I2C通訊協(xié)議(Inter－IntegratedCircuit)是由Philips公司開發(fā)的，由于它引腳少，硬件實現簡單，可擴展性強，不需要USART、CAN等通訊協(xié)議的外部收發(fā)設備，現在被廣泛地使用在系統(tǒng)內多個集成電路(IC)間的通訊。I2C協(xié)議—物理層它是一個支持多設備的總線?！翱偩€”指多個設備共用的信號線。一個I2C總線只使用兩條總線線路，串行數據線：SDA，用來表示數據串行時鐘線

：SCL，用于數據收發(fā)同步I2C協(xié)議—物理層每個連接到總線的設備都有一個獨立的地址，主機可以利用這個地址進行不同設備之間的訪問?？偩€通過上拉電阻接到電源。當I2C設備空閑時，會輸出高阻態(tài)，而當所有設備都空閑，都輸出高阻態(tài)時，由上拉電阻把總線拉成高電平。7位地址最多連接128個設備10位地址最多連接1024個設備I2C協(xié)議—物理層具有三種傳輸模式：標準模式傳輸速率為100kbit/s快速模式為400kbit/s高速模式下可達3.4Mbit/s，但目前大多I2C設備尚不支持高速模式。連接到相同總線的IC數量受到總線的最大電容400pF限制

。I2C協(xié)議—協(xié)議層I2C的協(xié)議定義了：通訊的起始和停止信號數據有效性響應仲裁時鐘同步地址廣播I2C協(xié)議—協(xié)議層起始和停止信號：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示停止信號。起始和停止信號一般由主機產生。I2C協(xié)議—協(xié)議層數據位的有效性規(guī)定：I2C總線進行數據傳送時，時鐘信號為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數據線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。I2C協(xié)議—協(xié)議層地址及數據方向：I2C總線上的每個設備都有自己的獨立地址，主機發(fā)起通訊時，通過SDA信號線發(fā)送設備地址(SLAVE_ADDRESS)來查找從機。設備地址可以是7位或10位。緊跟設備地址的一個數據位R/W用來表示數據傳輸方向，數據方向位為“1”時表示主機由從機讀數據，該位為“0”時表示主機向從機寫數據。I2C協(xié)議—協(xié)議層響應：I2C的數據和地址傳輸都帶響應。響應包括“應答(ACK)”和“非應答(NACK)”兩種信號。傳輸時主機產生時鐘，在第9個時鐘時，數據發(fā)送端會釋放SDA的控制權，由數據接收端控制SDA，若SDA為高電平，表示非應答信號(NACK)，低電平表示應答信號(ACK)。I2C協(xié)議—協(xié)議層數據傳輸的數據幀格式：

I2C總線上傳送的數據信號是廣義的，既包括地址信號，又包括真正的數據信號。在起始信號后必須傳送一個從機的地址（可以是7位），接下來（第8位）是數據的傳送方向位，用“0”表示主機發(fā)送數據（T），“1”表示主機接收數據（R）。每次數據傳送總是由主機產生的終止信號結束。若主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數據傳送，則可以不產生終止信號，馬上再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址。數據傳輸分為：主機寫數據到從機主機由從機中讀數據寫數據與讀數據的復合格式I2C協(xié)議—協(xié)議層主機寫數據到從機：主機向從機發(fā)送數據，數據傳送方向在整個傳送過程中不變。起始信號——從機地址——讀寫信號—應答位—數據位——應答位——……——停止位I2C協(xié)議—協(xié)議層主機由從機中讀數據：主機在第一個字節(jié)后，立即從從機讀數據。起始信號——從機地址——讀寫信號—應答位—數據位——應答位——……——停止位陰影部分：數據由主機傳輸至從機無陰影部分：數據由從機傳輸至主機A表示應答，A非表示非應答（高電平）。S表示起始信號，P表示終止信號。R/W表示傳輸方向選擇位，1為讀，0為寫。I2C協(xié)議—協(xié)議層寫數據與讀數據的復合格式：在傳送過程中，當需要改變傳送方向時，起始信號和從機地址都被重復產生一次，但兩次讀/寫方向位正好反相。。I2C總線數據傳送的模擬主機若是采用不帶I2C總線接口的單片機，如80C51、AT89C2051等單片機，就需要利用軟件實現I2C總線的數據傳送，即軟件與硬件結合的信號模擬。為了保證數據傳送的可靠性，標準的I2C總線的數據傳送有嚴格的時序要求。I2C總線數據傳送的模擬I2C總線的起始信號、終止信號、發(fā)送“0”及發(fā)送“1”的模擬時序為：I2C總線數據傳送的模擬起始信號的模擬voidI2CStart(void){ SDA=1; SomeNop(); SCL=1; SomeNop(); SDA=0; SomeNop