六、I2C總線規(guī)范

1、I2C 總線規(guī)范總線規(guī)范I2C應用實例 小型視頻記錄器（硬盤錄像機）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FIC8120與視頻與視頻A/D接口接口I2C總線總線FIC8120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總線總線什么是什么是I2CnI2C ，即Inter IC，是Philips一種簡單的雙向兩線總線，用于IC之間的信息通信nI2C只有兩根信號線，因此最大程度簡化了芯片之間的連接，使電路板的設計、制造更簡單nI2C常用于處理器與外部控制器、處理器與串行存儲器、甚至處

2、理器與處理器之間的信息(命令)交互I2C常用術語常用術語術語術語描述描述發(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)的器件主機主機初始化發(fā)送產生時鐘信號和終止發(fā)送的器件從機從機被主機尋址的器件多主機多主機同時有多于一個主機嘗試控制總線但不破壞報文仲裁仲裁是一個在有多個主機同時嘗試控制總線但只允許其中一個控制總線并使報文不被破壞的過程同步同步兩個或多個器件同步時鐘信號的過程I2C特點特點n總線只有兩個信號：SDA和SCLnI2C是一個多主設備總線，具有總線仲裁機制n總線上每個從設備具有唯一的地址，主設備根據(jù)地址選擇操作的目的設備n總線定義三種傳輸速率：標準模式下可達100kbit/

3、s；快速模式下可達400kbit/s；高速模式下可達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最大負載電容限制I2C信號信號nI2C總線由兩個信號組成：SCL(串行時鐘)和SDA(串行數(shù)據(jù))nSDA和SCL都是雙向信號，電路中通過電阻上拉到正電源，總線空閑時都是高電平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)點的SDA、SCL輸出都是集電極開路(OC)或漏極開路(OD)的，信號具有“線與”功能補充：補充：OC與與OD線與：線與： 多個多個OC/OD門輸出連在一起，其中一個為低，所有的都為低門

4、輸出連在一起，其中一個為低，所有的都為低I2C總線信號連接原理總線信號連接原理 I2C拓撲結構拓撲結構I2C電路實例電路實例CPU視頻視頻A/D串行串行EEPROMI2C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每個時鐘周期傳輸一個數(shù)據(jù)位n數(shù)據(jù)傳輸過程中，SDA信號只有在SCL為低電平時才允許改變n數(shù)據(jù)傳輸過程中， SCL為高電平時，SDA必須保持穩(wěn)定狀態(tài)I2C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nSCL為高，SDA由高變低，表示傳輸起始nSCL為高，SDA由低變高，表示傳輸結束nSTART和STOP總是由Master發(fā)出nSTART發(fā)出后， I2

5、C 進入busy狀態(tài)，STOP發(fā)出后， I2C進入free狀態(tài)STARTSTOPI2C總線的設備尋址總線的設備尋址nI2C總線從設備都有特定的地址，主設備根據(jù)地址尋址目標設備n主設備的身份不是固定的，主設備也可能作為從設備被別的主設備尋址nI2C總線兩種地址形式：7位地址和10位地址 nI2C地址由I2C總線委員會統(tǒng)一分配 I2C的7位設備地址n7位地址中，其中設備可實際使用的共有112個，有兩組（0000 xxx和1111xxx）共16個地址被保留作為特殊用途 從設備地址從設備地址R/W#說明說明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 001xC

6、BUS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保留到將來使用保留到將來使用0000 1xxx高速模式主設備碼高速模式主設備碼1111 1xxx保留給將來使用保留給將來使用1111 0 xxx10位地址擴展位地址擴展I2C的7位與10位設備地址7位地址位地址10位地址位地址I2C的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸n一個字節(jié)8個二進制位，MSB在前，LSB在后，按位傳輸n每個字節(jié)后都要有一個應答位，應答由接收器發(fā)出n如果SLAVE因事(如處理中斷)不能收/發(fā)下一個完整的字節(jié)，可將SCL拉到低電平，從而使Master進入等待狀態(tài)I2C數(shù)據(jù)傳輸應答數(shù)據(jù)傳輸應答n時鐘由m

7、aster發(fā)出n響應脈沖期間，發(fā)送器釋放SDA(置為高)n響應脈沖期間，接收器把SDA置為低I2C設備尋址設備尋址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 應答應答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 應答應答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2 應答應答I2C可能的數(shù)據(jù)傳輸格式可能的數(shù)據(jù)傳輸格式1n主機發(fā)送器發(fā)送到從機接收器傳輸?shù)姆较虿粫淖僆2C可能的數(shù)據(jù)傳輸格式可能的數(shù)據(jù)傳輸格式2n在第一個控制字節(jié)后，主機立即讀從機數(shù)據(jù)。在第一次響應后，主機發(fā)送器變成主機接收器，從機接收器變成從機發(fā)送器第一次響應仍由從機產生。I2C可能的數(shù)據(jù)傳輸格式可能的數(shù)據(jù)傳輸格式3n

8、復合格式：傳輸改變方向的時侯起始條件和從機地址都會被重復，但R/W 位取反讀寫方向改變讀寫方向改變I2C的同步時鐘的同步時鐘n所有主機在SCL 線上產生它們自己的時鐘來傳輸I2C 總線上的報文n數(shù)據(jù)只在時鐘的高電平周期有效n不同device的SCL信號通過線與連接I2Cmaster 2 時鐘時鐘SCL實際狀態(tài)實際狀態(tài)master 1 時鐘時鐘I2C的仲裁的仲裁nI2C沒有中央主機，總線也沒有任何定制的優(yōu)先權 n主機只能在總線空閑的時侯啟動傳送 n當SCL 線是高電平時，仲裁在SDA 線發(fā)生；在其他主機發(fā)送低電平時，發(fā)送高電平的主機將斷開它的數(shù)據(jù)輸出級，因為總線上的電平與它自己的電平不相同 主設

9、備主設備1主設備主設備2實際實際總線總線信號信號I2C應用實例應用實例24C01 n嵌入式系統(tǒng)中廣泛應用串行EEPROMn24Cxx是一個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為例進行討論 24C01 S-EEPROM引腳名稱引腳名稱功能功能說明說明VCC芯片的電源引腳工作電壓范圍寬，如1.8V5.5V，不同廠家產品可能略有差別VSS信號地SCLI2C總線時鐘信號24C01是I2C總線上可讀、可寫的從設備SDAI2C總線數(shù)據(jù)信號WP芯片寫保護信

10、號WP為高電平時，芯片被設置為寫保護狀態(tài)，只能讀，不能寫A0、A1、A2芯片I2C地址設置對應著芯片I2C地址的低三位，沒有外部連接時默認為“0”24C01地址設置n24C01芯片I2C地址的高4位固定為“1010” n通過A0A2設置I2C地址的低三位 nA0A2在沒有外部連接時默認為“0” ，若A0、A1、A2三個引腳懸空，這時芯片的7位I2C地址為“1010000” n通過對A0A2的設置，一個I2C總線上最多可掛接8個24C01芯片 1 10 01 10 0A2A2A1A1A0A0R/W#R/W#MSBMSBLSBLSB固定高4位地址固定高4位地址可設置可設置低3位地址低3位地址24C

11、01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“頁寫頁寫” n在“字節(jié)寫”模式下， I2C主設備（如微處理器）首先發(fā)出起始條件和24C01（從設備）的7位地址及讀寫標志位（此時該位為“0”）n主設備收到24C01的響應位后，再向24C01發(fā)出8位需要寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)地址 n主設備收到24C01另一個響應位后，發(fā)出要寫入的數(shù)據(jù) n24C01再次發(fā)出響應位，隨后主設備產生停止條件 n而24C01開始內部數(shù)據(jù)的擦寫，在內部擦寫過程中，24C01不再響應主設備的任何操作 24C01字節(jié)寫操作過程字節(jié)寫操作過程24C01頁寫操作頁寫操作n“頁寫”模式下，24C01可一次寫入8 個字

12、節(jié)數(shù)據(jù) n數(shù)據(jù)“頁寫”操作的啟動和“字節(jié)寫”一樣 n不同之處在于主設備傳送了1個字節(jié)數(shù)據(jù)后并不產生停止條件，而是連續(xù)再發(fā)送7個字節(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8個字節(jié)，最后面的數(shù)據(jù)會覆蓋最前面的數(shù)據(jù) n在接收到8字節(jié)數(shù)據(jù)和主器件發(fā)送的停止條件后，24C01啟動內部寫周期將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)區(qū)24C01 “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內部有地址計數(shù)器，每次讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，地址計數(shù)器加1，指向下一個字節(jié)的地址 n“立即地址讀”操作中，主設備總線發(fā)出總線起始條件、從設備地址

13、和讀標志位（為“1”），對應地址上的24C01給出響應位后，將當前地址的一個字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)給主設備 n主設備接收到一個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，給出“非響應位”（即保持SDA為高電平），隨后發(fā)出停止條件，結束總線操作 24C01 “立即地址讀立即地址讀”操作過程操作過程24C01 “選擇讀選擇讀”n主設備可以讀24C01的任意地址 n主設備首先向總線發(fā)出起始條件，并以寫操作寫操作的形式尋址24C01 n得到響應后，向24C01寫入要寫入的字節(jié)地址 n再次得到24C01的響應后，主設備發(fā)出重復起始重復起始條件條件 n并用讀操作的形式再次尋址24C01 n24C01在發(fā)出響應位后，即可輸出對應地址的一個字節(jié)數(shù)據(jù) n主設備在接收到需要的數(shù)據(jù)后，給出“非響應位”，結束本次總線操作 24C01 “選擇讀選擇讀”操作過程操作過程24C01 “連續(xù)讀連續(xù)讀”n“連續(xù)讀”操作可通過通過“立即讀立即讀”和和“選擇讀選擇讀”操操作啟動作啟動 n在24C01發(fā)送完一個8位字節(jié)數(shù)據(jù)后，主設備產生一個響應位（單個字節(jié)的讀操作中主設備發(fā)出“非響應位”），告知24C01主設備要求連續(xù)地讀下一個字節(jié)的數(shù)據(jù) n對應主設備產生的每個響應位，24C01將發(fā)送一個